JP2000504553A - 閉鎖形設備 - Google Patents

閉鎖形設備

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バイエルル、オットマール
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ラインドル、レオンハルト
ショル、ゲルト
スクツェスニ、オリファー
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Abstract

(57)【要約】 閉鎖形設備、特に高電圧或いは中電圧用の開閉設備(1)において、容器 (5)の内部室(4)内にある複数の表面波センサ(7a〜7k)及びこの表面波センサ(7a〜7k)との情報交換のための中央監視装置(15)が設けられ、この監視装置(15)のアンテナ要素(11)が容器(5)に配置され、内部室(4)に向けて指向せしめられている。センサ(7a〜7k)は選択的に問い合わせ可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 閉鎖形設備 この発明は、閉鎖容器の内部室に配置された複数のセンサを備えた電力用閉鎖 形設備に関する。 ドイツ実用新案第9420199号明細書から、金属容器閉鎖形高圧開閉設備 においてそのガス空間の1つに表面波素子(OFW)が配置されているものが公 知である。この表面波素子は、閉鎖容器に含まれている消弧ガスにアークが作用 することにより発生するガス成分を検出するために、或いは圧力波を検出するた めに用いられる。その場合、閉鎖容器の外側にアンテナが配置され、そのアンテ ナは評価装置との無線による情報伝送のために用いられる。ドイツ特許第195 14342号明細書には高電圧ケーブルにおける表面波センサの使用が記載され ている。 シーメンス・ツァイトシュリフトの研究開発特集号、1994年春季版の論文 「技術革新のための音響表面波技術」から、基本的に、表面波センサを高電圧技 術に適用することが公知である。そこでは、表面波センサを容器内に、そのアン テナを容器外に固定することも既に提示されている。 この発明の課題は、電力用閉鎖形設備において情報伝送のための送受信要素の 配置構成の簡単な、しかも確実な監視を可能とするような解決法を提示すること にある。 この課題は、この発明によれば、容器の内部室にそのアンテナ要素と共に配置 された複数のセンサを備えた電力用の閉鎖形設備において、これらのセンサと情 報交換するためにアンテナ要素を備えた監視装置が設けられ、この監視装置のア ンテナ要素が容器に配置されかつ内部室に向け指向せしめられ、さらにこれらの センサが選択的に問い合わせ可能であることにより解決される。 この解決は、簡単な手段でもって、多くの機能の監視を遠方から問い合わせる ことにより、しかも容器の内部において配線技術上の或いは機械的な支出を発生 させることなく可能とする。ただ所望のセンサを取り付けさえすればよい。この 解決は、また既存の設備に対して適しておりかつ容易に拡張可能で、しかも厳し いスペース条件においてもセンサを設備の容器の中に収納することが可能である 。 センサは特に表面波センサ(OFW)として形成されるのがよい。この表面波 センサはその構造が小形でかつ高い信頼性を持っている。これにより容器の内部 室にフィールド技術的に良好な収納が可能であり、高い運転信頼性が得られる。 特別な実施形態においてはセンサはチェックカードの形式を備え、この形の大部 分がアンテナ要素として用いられる。 センサは、少なくとも部分的に種々の測定量を検出できるように形成すること ができ、これにより多数の異なる情報及び/又は測定値が検出可能である。これ らのセンサは、その場合、設備の種々の部分室、特にガス空間に配置することが できる。これは、明らかに、2つの部分室の間の情報伝送がその仕切り壁を通し て可能である限りにおいてのみ適用される。 センサは、また能動素子或いは特に受動素子として形成することができる。こ れによりそれぞれの取付け場所におけるそれぞれの条件を考慮することができる 。受動素子として構成することは、何らの電子機器を使用する必要がないという 利点を持つ。このことは高電圧電位で仕様するために好都合である。 センサは、容器電位に或いは容器中の導体電位に配置することができる。これ によって特定の検出値、電位情況或いは取付け位置に対する制限がない。取付け 場所はその上可動であってもよい(例えば、開閉ロッド)。付加の電位分離手段 は必要としない。 監視装置は、他のセンサ、OFW、測定検出子或いは検出装置と情報交換する ための少なくとも1つの付加のインターフェイスを備えるのがよい。これにより 他の情報源との全体結合が、容器の外部においても可能となり、これにより多重 センサコンセプトが得られる。 その他のインターフェイスは線によって接続されるインターフェイス、特に電 気的、音響的或いは光学的インターフェイスとして、或いは無線式のインターフ ェイスとして形成することができる。これにより種々の情報源の結合が可能であ る。 同位の或いは上位の監視装置を結合するためのインターフェイスを設けること は有効である。このインターフェイスは、その場合特にバスインターフェイスと して形成されるのがよく、これにより高いデータ伝送率が可能である。 選択的な問い合わせのためにコード化を行うのが有利である。このようにして それぞれの情報及びそれぞれの情報源或いはセンサとの所属関係の識別を得るこ とができる。コード化はハードウェア或いは方法論的手法、例えばソフトウェア により実現することができる。 その場合、コード化のためにそれぞれのセンサに情報伝送のためのそれぞれ異 なる周波数を所属させることができる。各センサは、従って、独自の情報路或い はチャンネルを持つ。 コード化は、代替的に或いは付加的に、周波数或いは時間多重法により行うこ とができる。これにより存在する周波数チャンネルの好ましい多重利用が可能と なる。 さらに異なる代案によれば、コード化は、例えば使用された電磁波の、場合に よっては指向性のアンテナによる偏波によって、或いは相関によって行うことが できる。このコード化方法は金属容器閉鎖に適用するのに好都合である。相関法 は、基本的には、レーダー技術から公知であり、その場合センサの応答信号によ り相関によって認識される信号サンプルが返送される。 コード化はまた情報交換において送信或いは応答信号の特徴によって行うこと ができる。これによりいずれの場合にも送受信装置における選択的な識別性が得 られる。 容器は金属製とすることができ、この場合設備を高電圧或いは中電圧用として 好適に使用できる。そこに包括的に発生する情報は、それにより、確実にかつ容 易に処理することができる。さらに、これにより内部及び外部に対するシールド が得られる。容器の内部には、その場合、少なくとも1つの開閉機器或いは導体 が配置されている。この設備は、従ってその場合、開閉設備或いは管形導体とし て形成されている。 アンテナ要素は、選択的に光波、音響波或いは電磁波の伝送用として形成する ことができ、その使用事例に応じて最高に可能な伝送率において高い伝送確度及 び僅少な擾乱感度に関して最適な解決が可能である。この発明による解決は特に 簡単で、新設及び既設の設備に何らの問題なく組み込むことができる。アンテナ 要素の取付けは煩わしい手段なしに行うことができる。 この発明によれば、開閉設備、管形導体或いは閉鎖形構造部品の包括的監視が 可能であり、その際多数のセンサ、特に表面波センサがアンテナ要素を介して選 択的に遠方から問い合わせ可能である。この監視は、その場合、ガス空間に適す るものであり、その際特に大型のガス絶縁開閉設備においては線によって接続さ れる監視に対して著しいコストと支出の節約が得られる。 なお、「閉鎖形設備」なる概念は、本発明では一般に、特に高電圧或いは中電 圧用の配電設備で、閉鎖容器、ケーシング或いはタンクを備え、その中に少なく とも1つの電気機器が収納されているものと理解される。このような例は、例え ば閉鎖形断路器或いは遮断器、閉鎖形開閉設備、SF6絶縁変圧器或いはSF6絶 縁管形導体である。 以下にこの発明の実施例、その他の利点及び細部を図面を参照して詳細に説明 する。図面において、 図1は表面波センサを備えた第一の開閉設備を縦断面図で、 図2は容器の外部に別の表面波センサを備えた第二の開閉設備を縦断面図で、 図3は光学的情報伝送手段を備えた第三の開閉設備を縦断面図で示す。 先ず、一般的に、監視装置を備えた開閉設備で、高周波による情報伝送が行わ れるものを説明する。この監視装置は開閉設備内部の他の機能に対しても、例え ば開閉位置をセンサなしでレーダーの原理で検出するために、付加的な制御責務 に対して或いは純粋に情報伝送に対しても使用可能であることは明らかである。 図1は、例えば前記のドイツ実用新案第9420199号明細書による従来の 技術から公知の閉鎖形ガス絶縁開閉設備1を示す。この開閉設備1は、超高電圧 、高電圧或いは中電圧に適している。なお、ここで開閉設備とは、開閉要素を備 えていない閉鎖形の管形導体を意味するものとする。 開閉設備1の一部のこの縦断面図において、開閉機器3、特に断路器或いは遮 断装置を備えた部分が示されている。容器5の中央に母線6が電気導体として貫 通している。開閉機器3の詳細及びその機能については前記のドイツ実用新案明 細書を参照する。開閉設備1の容器5の内部室4にはセンサとして表面波センサ (OFW)が種々の責務のために、例えば温度検出用としてOFW7a、電流検 出用としてOFW7b、ガス識別用としてOFW7cそして位置識別用としてO FW7dが配置されている。さらに、その他の機能又は責務のための、例えば光 検出、圧力測定等のためのその他のOFWも考えられる。 各OFWは受送信手段として情報伝送、特に問い合わせのために送受信要素と して用いられる少なくとも1つのアンテナ9を備えている。情報伝送は、その場 合、OFW7a乃至7dから全てのOFW7a乃至7dに対して作用する、以下 アンテナ要素11と称する中央の送受信アンテナに対して行われる。 アンテナ、送受信アンテナ、アンテナ要素或いは受送信手段とは、ここでは、 電磁波或いは光波の放射及び/又は受信を可能とするいずれの放射及び受信要素 、例えば無線アンテナ、超音波或いは光学的送受信要素(例えば、赤外線要素) を意味し、さらに送信及び受信方向の分割も含まれる。基本的には、相応に形成 された放射及び受信手段を備えた音響情報伝送も考えられる。図1の構成は例と して無線による情報伝送に関する。 アンテナ要素11は、適切な線13、例えば同軸ケーブルを介して、場合によ っては整合素子を中間に接続して、制御及び監視装置(以下監視装置15とする )に接続されている。この監視装置は送受信部17と、その他に図示されてない 信号評価装置とを備え、場合によっては記憶装置を備えたプロセッサーを含くこ とができる。 送受信部17或いは少なくともその一部は、基本的には、アンテナ要素11に おいて分散的にも配置することができ、監視装置15とアンテナ要素11との間 にはただ出力の少ないデータのやりとりのみが行われる。送信出力はその場合分 散的に作られる。 アンテナ要素11は分散装置と線により接続されるか、或いは無線で直接バス 19と接続されていることも考えられ得る。監視装置15は送受信部17及び接 続されたアンテナ要素11と共に、この発明の意味において、送受信装置或いは トランシーバーとも称される。 監視装置15は、例えば開閉設備における中央処理装置、又は他のデータ接続 、 例えばバス19を介して上位のコントロールセンター21にデータ技術的に接続 されている分岐された又は機器に関連した装置とすることができる。このコント ロールセンター21は、また適切なインターフェイス22を介して上位の系統管 理センターに接続されているローカルコントロールセンターとすることができる 。 少なくともコントロールセンター21は、開閉設備1の運転のための適切な操 作及び表示手段、例えばキーボード及びスクリーンを備えていることは明らかで ある。適切な、図示されていないインターフェイスを介してポータブル機器、例 えばポータブルコンピュータ或いはラップトップが、操作のために又はその他の 入力及び出力のために、図1に示されるシステムの種々の位置に、例えばバス1 9或いは制御装置15に接続可能である。 図示されたデータ接続は任意に、例えば線による接続、特に導線接続或いは光 導体接続として、或いは線によらない接続、例えば無線、音響或いは光接続とし て構成することができる。 この実施例ではアンテナ要素11は容器5の内部において開口に配置されてい る。この開口は、その場合、閉塞要素25、例えば蓋及び押圧リング27で閉塞 されているフランジ23により形成されている。勿論、この場合、従来の技術の ようにフランジ接続に図示されていないネジ結合を備えることもできる。 アンテナ要素11は、それ故、容器5の内部にあり、従ってOFW7a乃至7 dへの問題のない情報伝送のための最善の条件が与えられている。アンテナ要素 11はいわば短い管の範囲にあり、内部室4には突き出ていないので、この場合 電気的或いは電界技術上の問題は回避されている。さらに、アンテナ要素11は もともと容器5から取り外すことのできる構造部品とで1つの構造単位を形成し ているので、容易に接近或いはまた後から装備することができる。 OFW7a乃至7dは、その場合、一部は容器5に、一部は母線6に、開閉機 器3の可動部分に、或いはまた第一の支持碍子28に或いはその背後に、場合に よっては隔離されたガス空間に配置されている。場合によっては、それぞれ異な る機能のための複数のセンサが1つの場所に集合して配置され、共通のアンテナ を備えることもできる。また1つのセンサが複数の機能を持つことも可能である 。好ましくは、センサはチェックカードの方式及び大きさに形成し、カードの主 要 部分がアンテナを形成するようにすることができる。 全体監視の機能に対して重要なことは、容器5の内部において確実な無線或い はデータ接続が成立していることである。このためには支持碍子28は誘電体物 質から作られ、それによりアンテナ要素11と支持碍子28の背後にあるOFW 7cとの間の高周波伝送が損なわれないようにする。他の伝送方式の場合には支 持碍子の材料はそれに応じて(例えば、光伝送の場合にはガラス)選ばれる。 フランジ23或いは結合のために必要な開口は例えば既存の点検孔、ガス充填 管、注型樹脂充填孔、覗き窓或いはまた端部フランジの部分とすることができる 。従って、内容的には、ここに例示された実施例は、開閉設備の各可能な開口に 対して、例えば図示の端部フランジ29に対しても適用可能である。また特別に 設けられた開口も使用することができる。 アンテナ要素11は容器5の外部に配置し、誘電体製の窓を介して内部室4に 放射することも考えられ得る。このために例えば開口として2つの容器部分の結 合フランジの範囲の充填管が適しており、この場合アンテナ要素は場合によって は棒形アンテナとして形成され、開口に埋め込まれる。 図示されていない他のアンテナをその所属の制御装置と共に他の碍子39の背 後のガス空間に配置する場合、容器5の内部室4を伝送空間として使用すること も可能である。この場合、保護されたデータ伝送が長い距離にわたって可能であ る。この構成は特に管形導体において良好に使用可能である。同時的なセンサの 問い合わせとの組み合わせも考えることができる。 この発明の考え方は、主としてそれぞれのセンサ、特にOFW7a乃至7dに よって検知された測定値、量或いは情報の選択的検出に関わる。その場合、先ず OFWが選択的に呼び出されるか否かを区別することができる。 選択的な呼出しは、例えば異なる周波数(或いはチャンネル)によって行うこ とができる。これにより各OFWに対していわば別々の伝送路が予約され、その 際中央側の呼出し信号及びOFW側の応答信号がそれぞれ同じ伝送路上にある。 もう1つの可能性は、全てのOFWによって受け取り得る呼出し信号でもって コード化、特徴或いはその他の選択信号が伝送され、この信号がそれぞれ活性化 すべきOFWにおいて識別され、それに応じた情報と共に含まれる応答信号を出 す。それ故、それぞれ応動したOFW(或いはOFWグループ)のみが応答する ことが可能である。 さらに、アンテナ要素11からの共通の呼出し信号でもって全てのOFW7a 乃至7dが活性化され、その際選択は受信後に後からアンテナ要素11によって 行われるようにすることが可能である。これは、例えば、選択されたOFWが、 その応答信号に特徴、例えばインパルス或いは信号見本を加えることを呼出し信 号でもって要請することによって行われる。全てのOFWから一緒に出される混 合信号は、その場合、特徴を参考にして分析され、これにより対応する応答信号 が監視装置15に取り出され、選択され得る。この場合、例えば相関法が適用可 能である。 特に簡単な選択は、OFW7a乃至7dが異なる周波数で応答信号を出し、こ の信号が監視装置15の共通のアンテナ要素11によって形成されている異なる 受信アンテナによってのみ受け取られ、異なる線で送受信部17におけるそれぞ れ別々の受取評価に達することによって得られる。その場合重要なことは、ただ アンテナ要素11への共通なリード及び共通な開口が必要なことである。 それ故、全てのOFW7a乃至7dはアンテナ要素11から呼び出され、その 際それぞれの応答信号の選択はそれぞれのOFWの応答信号の信号周波数に対応 して定められた或いは調整された受信アンテナによって行われる。これにより監 視装置15の内部における面倒な選択が必要でない。場合によってはそれぞれの 受信アンテナは、その場合、例えば多重方式或いは切り換え法によっても共通の 監視装置15に接続されることができる。 別の可能性は、時間多重法を使用することである。呼出しされたOFW7a乃 至7dは、その場合、時間的に段階付けて順次その応答信号を同一の周波数で出 す。監視装置15において、その場合、選択は時間窓内にあるそれぞれのOFW 7a乃至7dの応答信号の選択によってのみ行われる。 さらにその他の考え得る可能性は、それぞれのOFW7a乃至7dが異なって 偏波された応答信号を出し、これによってそれぞれの応答信号の識別が可能であ る。偏波された電磁波の識別は、その場合、複数のアンテナ或いは調整可能なア ンテナ要素11によって行うことができる。この技術の適用は、特に、ここに具 体的に説明し得る限られた電磁波伝搬空間、即ち容器に対して考えられ得る。特 別なOFWがそれだけ或いはさらに、ここに挙げた選択法の1つを支援或いは補 足する識別或いは補助機能を含むことも可能である。 場合によっては、従来の技術によるその他の選択或いは識別法、例えば次のよ うな名称、即ち、空間ダイバーシティ、アンテナダイバーシティ、角度ダイバー シティ、フィールドコンポーネント・ダイバーシティ或いはプロトコル変換(二 次レーダー原理)として公知の方法も可能である。 図2は、従来のOFW7a乃至7dに付加して容器5の外部にさらにOFW7 e乃至7gが配置されている開閉設備1を示す。これらは例えば外部温度(7e )を、開閉ロッドの位置(7f)或いは例えば位置表示器からの磁気情報(7g )を検出するために形成されている。 監視装置15のアンテナ要素11は容器5の内部において遮蔽作用を受けてい るので、監視装置15には付加のインターフェイスとして、容器5の外部に配置 されたアンテナ40が付属している。このアンテナは特に外部にあるOFW7e 乃至7gに対してのものであり、これらは場合によっては他の装置部分或いは機 器、例えば屋外遮断器或いはその開閉ロッドに所属させることもできる。 勿論、外部にあるOFWの問い合わせは図示されていない他の制御監視装置に よっても行われ得るが、この制御監視装置は、その場合データ技術的に共通の上 位装置、例えばコントロールセンター21に接続されている。或いはまた、他のセ ンサ装置、例えば前述したセンサのような、保護装置、光学的電流及び電圧変換 器等が接続され、しかし上述とは異なり線によって接続されている他のインター フェイス41も可能である。センサ42はそのようなものの一例である。伝送線 としては、その場合、例えば導線或いは光導体が可能である。 図3は、監視装置15と外部にあるOFW7i及び7kとの間の情報伝送が光 学的方法で行われるさらに異なる変形例を示す。監視装置15はそのためにアン テナ要素として赤外線送受信要素40aを備えている。OFW7i及び7kのア ンテナ要素9aはそれに応じて赤外線手段として形成されている。 この情報伝送方式は、勿論、また閉鎖されたガス空間の内部における開閉設備 1内部の情報伝送にも適用できる。図3による変形例は、勿論、また音響、例え ば超音波範囲の音響情報伝送によっても同様に構成できる。 OFW7a乃至7kは能動素子或いは受動素子として形成できる。能動素子と して形成したときには付加のエネルギー供給が必要である。これは、例えばエネ ルギー蓄積体、特にバッテリーによって、取り付け位置に設けられたエネルギー 源によって或いは付加のエネルギー伝達によって供給することができる。この伝 送は、アンテナ要素11から出る呼出し信号によってそれに応じた出力を伝送す るのがよい。しかしながら、付加のエネルギーを他の方法で、例えば光導体を介 して或いは無線或いは光学的方法で伝送することも考えられる。場合によっては OFWの取り付け位置においてもエネルギーの受取が可能である。 上述のセンサは、特に電界のない或いは電界が減少された設備空間に配置され るのがよい。これにより横感度が阻止されている。センサの収納は、場合によっ ては容器5又はその取り付け場所の形状構成によって作ることのできる、それぞ れの測定量に適した位置にて行われる。 この発明の思想の上記の個々の特徴及び構成は、この思想の基本的考え方の範 囲を逸脱することなく、専門家の行動範囲として、互いに或いはまた従来の技術 の特徴と組み合わせることができることは明らかである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブルスト、ウォルフ―エックハルト ドイツ連邦共和国 デー―81739 ミュン ヘン ヘルマン―ピュンダー―シュトラー セ 15 (72)発明者 マゴリ、ファレンティン ドイツ連邦共和国 デー―81539 ミュン ヘン リンブルクシュトラーセ 17 (72)発明者 オスターターク、トーマス ドイツ連邦共和国 デー―85464 フィン ジング ザンクト―クヴィリン―ヴェーク 2 (72)発明者 ラインドル、レオンハルト ドイツ連邦共和国 デー―83071 シュテ ファンスキルヒェン エトリンガーシュト ラーセ 74 (72)発明者 ショル、ゲルト ドイツ連邦共和国 デー―80636 ミュン ヘン ノイシュテッター シュトラーセ 3 (72)発明者 スクツェスニ、オリファー ドイツ連邦共和国 デー―85609 アシュ ハイム プラターネンヴェーク 7 (72)発明者 ローレンツ、ディーター ドイツ連邦共和国 デー―12207 ベルリ ン ゲルトナーシュトラーセ 1ベー

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.容器(5)の内部室(4)にそれぞれの送受信素子(9、9a)と共に配置 された複数のセンサ(7a〜7k)を備え、これらのセンサ(7a〜7k)と情 報交換するための送受信要素(11)を備えた監視装置(15)が設けられ、こ の監視装置(15)のアンテナ要素(11)が容器(5)に配置されかつ内部室 (4)に向けて指向せしめられ、さらに前記センサ(7a〜7k)が選択的に問 い合わせ可能でありかつ少なくとも部分的に異なるガス空間に配置されている電 力用閉鎖形設備。 2.センサ(7a〜7k)が少なくとも部分的に種々の測定量を検出するために 形成されている請求項1に記載の閉鎖形設備。 3.センサ(7a〜7k)が能動素子或いは受動素子として形成されている請求 項1又は2に記載の閉鎖形設備。 4.センサ(7a〜7k)がそれぞれ容器(5)電位に或いは容器(5)内の導 体(6)電位に配置されている請求項1乃至3のいずれか1つに記載の閉鎖形設 備。 5.監視装置(15)が他のセンサ、測定検出子或いは検出装置との情報交換の ために少なくとも1つのインターフェイスを備えている請求項1乃至4のいずれ か1つに記載の閉鎖形設備。 6.その他のインターフェイスが線により接続されるインターフェイス(41) 、特に電気的或いは光学的インターフェイス(40a)として、或いは無線式の インターフェイス(40、40a)として形成されている請求項5に記載の閉鎖 形設備。 7.同位の或いは上位の監視装置の結合のためのインターフェイスが設けられて いる請求項5又は6に記載の閉鎖形設備。 8.選択的な問い合わせのためにコード化が行われている請求項1乃至7のいず れか1つに記載の閉鎖形設備。 9.コード化のためにそれぞれのセンサ(7a〜7k)に情報伝送のためにそれ ぞれ異なる周波数或いはチャネルが所属している請求項8に記載の閉鎖形設備。 10.コード化が周波数或いは時間多重化法により行われる請求項8に記載の閉 鎖形設備。 11.コード化が偏波或いは相関によって行われる請求項8に記載の閉鎖形設備 。 12.コード化が送信或いは応答信号における特徴によって行われる請求項8に 記載の閉鎖形設備。 13.容器(5)が金属製である請求項1乃至12のいずれか1つに記載の閉鎖 形設備。 14.容器(5)に高電圧或いは中電圧用の少なくとも1つの開閉機器(3)或 いは導体(6)が配置されている請求項1又は13のいずれか1つに記載の閉鎖 形設備。 15.送受信要素(9、9a、11、40a)が光波、音響波或いは電磁波の伝 送用として形成されている請求項1又は14のいずれか1つに記載の閉鎖形設備 。 16.センサが表面波センサ(7a〜7k)として形成されている請求項1乃至 15のいずれか1つに記載の閉鎖形設備。
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