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Die Erfindung betrifft eine Aufnahmeeinrichtung und eine Steckereinrichtung eines Systems für einen Steckkontakt zum elektrischen Verbinden zweier Baugruppen.
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Ein Modularer Multi-Level Konverter mit zahlreichen Halbleitermodulen ist aus der
DE10103031 B4 bekannt. Die Halbleitermodule weisen Leistungshalbleiterschalter und Kondensatoren auf. Halbleitermodule werden ebenfalls für Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ) eingesetzt.
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Dabei werden Modulare Multi-Level Konverter und HGÜ-Anlagen so ausgelegt, dass in einer vorgegebenen Betriebszeit eine vorgegebene Anzahl an Halbleitermodulen ausfallen darf, ohne dass die Funktionsfähigkeit des Konverters bzw. der HGÜ-Anlage beeinträchtigt wird. Hierfür werden als Redundanz zusätzliche Halbleitermodule eingeplant. Wird später eine Wartung gemäß geplanter Wartungsintervalle durchgeführt, so werden ausgefallene Module durch neue, funktionsfähige Module ersetzt. Während der Wartung kann der Modulare Multi-Level Konverter oder die HGÜ-Anlage nicht betrieben werden, so dass durch die Ausfallzeit Kosten beim Betreiber entstehen.
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Häufig werden Module bis in Bauhöhen von einigem Metern gestapelt angeordnet, so dass für den Austausch die vergleichsweise schweren Module hoch über dem Boden bewegt werden müssen. Module werden i.d.R. durch zahlreiche Schraubverbindungen befestigt und elektrisch leitend verbunden. Die Module weisen dabei verschiedene Baugruppen wie einen Kondensator und ein so genanntes Powermodul mit Halbleiterschaltern auf. Die Hauptverbindungsstellen zwischen den Baugruppen eines Moduls sind im Hauptstrompfad des Moduls enthalten und verbinden z.B. Kondensator und Powermodul miteinander. Da sich die Nennströme beispielsweise einer HGÜ-Anlage im kA Bereich befinden, sind diese Schraubverbindungen entsprechend massiv ausgeführt, was das Lösen und Ausbauen eines ausgefallenen Moduls sowie den Einbau eines Ersatzmoduls erschwert und zeitaufwändig ist.
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Um die Betriebs- und Arbeitssicherheit zu gewährleisten, müssen bei einer Wartung gleichzeitig viele Befestigungsmittel wie z.B. Muttern, Schrauben, Federringe, Spannscheiben, Unterlegscheiben, etc. ausgebaut und sicher verstaut werden, da diese ansonsten bei Verlust und/oder Herunterfallen die Anlage beschädigen, Kurzschlüsse auslösen oder Wartungstechniker verletzten könnten.
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Weiterhin ist es bei bereits bei der Fertigung und der Erstmontage ein Einsatzort einer Anlage wichtig, dass Fehler wie ein falsches Drehmoment beim Anziehend der Schrauben oder sogar ein komplett vergessenes Festziehen der Schraubverbindungen vermieden werden, denn diese Fehler könnten die Anlage bei einer Inbetriebnahme beschädigen und/oder später eine Wartung erschweren.
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Ausgehend von bisherigen Systemen zum elektrischen Verbinden zweier Baugruppen stellt sich an die Erfindung die Aufgabe, ein System zum elektrischen Verbinden zweier Baugruppen anzugeben, das eine vergleichsweise unkomplizierte und schnelle Fertigung und/oder Wartung von Anlagen mit den Hochspannungsbaugruppen ermöglicht.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Aufnahmeeinrichtung gemäß Anspruch 1.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Aufnahmeeinrichtung ist die Aufnahmeeinrichtung für einen Fehlerfall mit einem Strom von mehr als 1000 kA ausgebildet.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Aufnahmeeinrichtung ist die Aufnahmeeinrichtung für einen Fehlerfall mit einem Strom von mehr als 1600 kA ausgebildet.
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Je kleiner jeweils die Halbleiterschalteinrichtungen ausgelegt werden, desto geringer fallen i.d.R. Fehlerströme aus. Größere Halbleiter erfordern größere Energiemengen und haben gleichzeitig einen größeren Aufbau, woraus sich Fehlerströme von über 1000 kA ergeben können.
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Zwar gibt es bei bisherigen Systemen für Steckkontakte durchaus Varianten mit einer für einen Nennstrom einer HGÜ-Anlage ausgelegten Stromfestigkeit, jedoch treten im Fehlerfall, z.B. bei einem Kurzschluss oder Dergleichen, kurzzeitig leicht viel höhere Ströme als eine Million Ampere (1000 kA) auf. Die Stromfestigkeit des Systems ist dabei entsprechend der über die Kurschlusszeit übertragenen Energie (sog. I2T Belastbarkeit) anzupassen, wobei als variable Größen insbesondere die Kontaktflächen zwischen der Steckereinrichtung und der Aufnahmeeinrichtung angepasst werden können. Bei gegebener Dicke eines Kupferblechs kann also z.B. die Länge des Blechs entsprechend so gewählt werden, dass bei Einschieben in die Aufnahmeeinrichtung eine geeignete Kontaktfläche gebildet wird. Die Kontaktfläche ergibt sich dabei in einer guten Näherung als Länge des Blechs × Einschiebetiefe × 2 (das Blech hat zwei Seiten).
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Wie groß eine geeignete Kontaktfläche zum Erzielen einer vorgegeben Stromfestigkeit von z.B. mehr als 600 kA für einige ms mindestens sein muss, kann einerseits durch übliche Berechnungsverfahren, beispielsweise mittels empirischer Formeln aus Handbüchern der Materialkunde, andererseits anhand eines einfachen Reihenversuchs mit unterschiedlich großen Kontaktflächen, die einem entsprechenden Kurzschluss ausgesetzt werden, ermittelt werden.
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Eine Kontaktfläche ist dann geeignet, wenn sie eine vorgegebene Stromfestigkeit aufweist, so dass auch nach einem Kurzschluss mit einem Fehlerstrom keine Verschweißung oder sonstige größere Beschädigung vorliegt, denn nur dann kann eine beschädigte und/oder ausgefallene Hochspannungskomponente einfach, sicher und schnell ausgetauscht werden.
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Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass die Vielzahl der bisher zur Montage verwendeten Teile erheblich reduziert wird. Die Hochspannungskomponenten können bei der Herstellung ab Werk bereits mit einer Steckereinrichtung oder einer Aufnahmeeinrichtung versehen werden, so dass bei der Erstmontage am Betriebsort einer Anlage die bisher für die Verschraubung benötigte Zeit eingespart werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Aufnahmeeinrichtung weist die Aufnahmeeinrichtung mindestens zwei Aufnahmemittel für ein Aufnehmen von Kontaktmitteln einer Steckereinrichtung auf. Durch die beiden Aufnahmemittel kann eine stromfeste Verbindung zu einem Stecker ausgebildet werden, der in Aufnahmemittel eingeführt werden kann. Die Aufnahmemittel müssen hierfür nach Art einer Buchse jeweils eine Ausnehmung aufweisen, die unterschiedliche geometrische Formen aufweisen kann. Dies ist ein Vorteil, weil mit zwei Aufnahmemitteln beispielsweise eine für einen Gleichstrom geeignete elektrische Verbindung ausgebildet werden kann. Insbesondere sind die Module i.d.R. als Zweipole ausgelegt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Aufnahmeeinrichtung weisen die Aufnahmemittel jeweils einen Schlitz auf, in den ein Kontaktblech einführbar ist. Ausreichend stromfeste Kontaktbleche mit geeigneter Dicke sind einsetzbar und kostengünstig herstellbar. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Schlitze in ihrer Bauform so ausgeführt werden, dass sie lediglich in einer Richtung begrenzt und an den anderen drei Richtungen offen sind. Beispielsweise kann dies erreicht werden, indem der Schlitz nur an seiner der Hochspannungsbaugruppe zugewandten Seite begrenzt ist. Dadurch kann einer Steckereinrichtung z.B. sowohl seitlich als auch von oben oder unten in den Schlitz eingeschoben werden. Dies erleichtert die Montage z.B. in aufgrund von Platzmangel schwer zugänglichen Bereichen sehr.
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Ferner stellt sich an die Erfindung die Aufgabe, eine für die Aufnahmeeinrichtung geeignete Steckereinrichtung anzugeben.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Steckereinrichtung gemäß Anspruch 4. Es ergeben sich sinngemäß die gleichen Vorteile wie eingangs für die erfindungsgemäße Aufnahmeeinrichtung angegeben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steckereinrichtung ist die Steckereinrichtung für einen Fehlerfall mit einem Strom von mehr als 1000kA ausgebildet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steckereinrichtung ist die Steckereinrichtung für einen Fehlerfall mit einem Strom von mehr als 1600kA ausgebildet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steckereinrichtung weist die Steckereinrichtung mindestens zwei Kontaktmittel auf. Dies ist ein Vorteil, weil mit zwei Kontaktmitteln beispielsweise eine für einen Gleichstrom geeignete elektrische Verbindung ausgebildet werden kann. Insbesondere sind die Module i.d.R. als Zweipole ausgelegt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steckereinrichtung sind die Kontaktmittel als Kontaktbleche ausgebildet.
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Weiterhin stellt sich an die Erfindung die Aufgabe, ein System mit Steckereinrichtung und Aufnahmeeinrichtung anzugeben.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein System gemäß Anspruch 7. Es ergeben sich sinngemäß die gleichen Vorteile wie eingangs für die erfindungsgemäße Aufnahmeeinrichtung angegeben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems sind die Aufnahmeeinrichtung und/oder die Steckereinrichtung jeweils lösbar mit der jeweiligen Hochspannungsbaugruppe verbunden. Lösbar im Sinne der Erfindung bedeutet, dass die Verbindung zur jeweiligen Hochspannungsbaugruppe mit einfachen Werkzeugen beschädigungsfrei getrennt und wieder geschlossen werden kann. Eine Schweißverbindung ist daher z.B. keine lösbare Verbindung.
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Eine lösbare Festlegung hat den Vorteil, dass die Aufnahmeeinrichtung und auch die Steckereinrichtung wiederverwendet werden können, was Kosten einspart. Insbesondere können die Aufnahmeeinrichtung und die Steckereinrichtung von einer beschädigten Hochspannungsbaugruppe abmontiert werden und bei der Neuherstellung von Hochspannungsbaugruppen wiederverwendet werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems weist die lösbare Verbindung jeweils eine Schraubverbindung auf. Schraubverbindungen sind einfach und kostengünstig einsetzbar, was vorteilhaft ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems weist eine der Hochspannungsbaugruppen einen Kondensator auf.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems weist eine der Hochspannungsbaugruppen einen Leistungshalbleiterschalter auf.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems weisen Aufnahmeeinrichtung und Steckereinrichtung in verbundenem Zustand einen Klemmsitz auf. Der Klemmsitz sollte dabei derart ausgestaltet sein, dass einerseits die Kontaktflächen, die zur Stromübertragung dienen, von Steckereinrichtung und Aufnahmeeinrichtung eng aneinander anliegen, damit im Fehlerfall kein Lichtbogen entstehen kann. Andererseits sollte der Klemmsitz ein ausreichendes Spiel aufweisen, um ein leichtes Einschieben und Herausziehen der Steckereinrichtung zu gewährleisten.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems sind die Aufnahmeeinrichtung in den Bereichen, die für einen Kontakt mit der Steckereinrichtung vorgesehen sind und/oder die Steckereinrichtung in den Bereichen, die für einen Kontakt mit der Aufnahmeeinrichtung vorgesehen sind, zumindest teilweise mit Silber beschichtet. Dies ist ein Vorteil, weil Silber durch Abrieb eine gewisse Verschmierung und damit eine verbesserte elektrische Leitfähigkeit ermöglicht.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems sind die Aufnahmeeinrichtung in den Bereichen, die für einen Kontakt mit der Steckereinrichtung vorgesehen sind und/oder die Steckereinrichtung in den Bereichen, die für einen Kontakt mit der Aufnahmeeinrichtung vorgesehen sind, zumindest teilweise mit Nickel beschichtet.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems sind die Aufnahmeeinrichtung in den Bereichen, die für einen Kontakt mit der Steckereinrichtung vorgesehen sind und/oder die Steckereinrichtung in den Bereichen, die für einen Kontakt mit der Aufnahmeeinrichtung vorgesehen sind, zumindest teilweise mit einem elektrisch leitfähigen Schmierstoff überzogen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems enthält der Schmierstoff zumindest anteilig ein Fett für Elektrokontakte.
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Ferner stellt sich an die Erfindung die Aufgabe, ein Modul für einen Modularen Multi-Level Konverter oder für eine HGÜ-Anlage, aufweisend einen Kondensator und ein Powermodul mit Halbleiterschaltern, anzugeben, das eine vergleichsweise unkomplizierte und schnelle Fertigung und/oder Wartung des Moduls ermöglicht.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Modul gemäß Anspruch 16.
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Zur besseren Erläuterung der Erfindung zeigen in schematischer Darstellung die
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1 ein erste Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Systems und
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2 eine Seitenansicht des Ausführungsbeispiels gemäß 1.
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Die 1 und 2 zeigen ein System 20 für einen Steckkontakt zum elektrischen Verbinden zweier Hochspannungsbaugruppen 1, 2. Das System 20 ist nach Art eines Lamellensteckers ausgeführt und weist eine Steckereinrichtung 33 mit zwei Kontaktblechen 3,4 als Lamellen auf. Ein Powermodul 1 einer HGÜ-Anlage (nicht dargestellt) enthält mehrere Leistungshalbleiterschalter. Die Kontaktbleche 3, 4 sind mit dem Powermodul 1 verschraubt (nicht dargestellt) und können leicht wieder verwendet werden.
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Die Kontaktbleche 3, 4 sind auf ihrer dem Powermodul 1 abgewandten Seite in eine Aufnahmeeinrichtung 34 eingeschoben. Eine solche Aufnahmeeinrichtung 34 wird auch als Busbar oder Stromschiene bezeichnet. Dabei sind in der Aufnahmeeinrichtung 34 zwei Aufnahmemittel zur Aufnahme der beiden Kontaktbleche 3, 4 ausgebildet. Die Aufnahmemittel bilden Schlitze aus.
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Ein erster Schlitz wird durch zwei Bleche 15, 16 gebildet, die auf einer ersten Schiene 13 angebracht sind. Die erste Schiene 13 ist mit einem ersten Anschlussblock 10 verbunden. Der erste Anschlussblock 10 ist an vier Anschlüssen 5, 6, 7, 8 mittels Schraubverbindungen 11 elektrisch leitend mit einem Kondensator 2 verbunden.
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Ein zweiter Schlitz wird durch zwei Bleche 14, 15 gebildet, die auf einer zweiten Schiene 13 angebracht sind. Die zweite Schiene 13 ist mit einem zweiten Anschlussblock 9 verbunden. Der zweite Anschlussblock 9 ist an vier Anschlüssen 21, 22, 23, 24 mittels Schraubverbindungen elektrisch leitend mit dem Kondensator 2 verbunden.
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Auf dem Blech 16 sind drei kreisförmige Erhebungen dargestellt, die Verschraubungselemente für die beiden Bleche 16, 17 andeuten. Die Verschraubungselemente können eine federnde Komponente (nicht dargestellt) aufweisen, um eine gewisse Toleranz im Hinblick auf einen Einsteckwinkel der Steckereinrichtung zu bieten. Weiterhin können auf diese Weise sehr leicht kleinere Abweichungen der Dicke der Steckereinrichtung ausgeglichen werden. Dabei wird die federende Komponente bevorzugt derart ausgeführt, dass sie die beiden Bleche 16, 17 bei eingesteckter Steckereinrichtung leicht zusammenpresst und so einen guten elektrischen Kontakt sicherstellt. Die Bleche 16, 17 leiten folglich bei eingesteckter Steckereinrichtung zumindest einen Teils des Stroms von der Aufnahmeanordnung zur Steckereinrichtung (oder umgekehrt). In gleicher Weise sind auch die Bleche 14, 15 mit Verschraubungselementen (nicht dargestellt) und einer federnden Komponente ausgerüstet.
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Werden anstatt der Verschraubungselemente herkömmliche Schrauben eine federnde Komponente eingesetzt, so müssen diese bevorzugt so ausgelegt werden, dass Sie einerseits die Bleche geeignet beabstanden und ein leichtes Einschieben der Steckereinrichtung ermöglichen und andererseits Steckereinrichtung und Bleche 14–17 ausreichend anpressen, so dass eine gute elektrische Leitfähigkeit gegeben ist.
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Die Schlitze sind in ihrer Bauform derart ausgeführt, dass sie lediglich an ihrer dem Kondensator 2 zugewandten Seite begrenzt sind. Dadurch können die Kontaktbleche 3, 4 der Steckereinrichtung z.B. sowohl seitlich als auch von oben oder unten in den Schlitz eingeschoben werden. Dies erleichtert die Montage z.B. in aufgrund von Platzmangel schwer zugänglichen Bereichen sehr.
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Um eine gute Strombelastbarkeit zu gewährleisten, sind die Kontaktblecke 3, 4 sowie die stromtragenden Teile der Aufnahmeeinrichtung 9, 10 und 12–17 aus Kupfer oder einem Material mit hohem Kupferanteil gefertigt. Dabei weisen die Kontaktbleche 3, 4 eine Dicke von ca. 3 mm bis 8 mm und eine Länge 31 von ca. 150 mm–500 mm auf. Die Schienen 12, 13 weisen ebenfalls eine Dicke von ca. 3 mm bis 8 mm auf. Die Schlitze sind mit einer entsprechenden Länge ausgestaltet. Die Anschlussblöcke 9, 10 weisen eine Länge 32 von ca. 200 mm bis 700 mm auf.
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Das System 20 ist mit dieser Dimensionierung für einen Fehlerfall mit einem Strom von mehr als 600 kA ausgebildet, ohne dass die Kontaktbleche 3, 4 durch Verschweißen mit den Aufnahmemitteln unlösbar verbunden werden. Hierdurch wird auch bei Kurzschlüssen oder dergleichen sichergestellt, dass eine Wartung und ein Austausch von Anlagenteilen wie Kondensator 2 oder Powermodul 1 schnell und sicher erfolgen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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