KR101685101B1 - 내진 기능을 구비한 전력 제어 설비 모니터링 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지진에 따른 2차 사고 발생 가능성은 최소화하되, 수배전반과 같은 전력 제어 설비의 동작을 최대한으로 보장할 수 있도록 하는 내진 기능을 구비한 전력 제어 설비 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것으로,
이는 아크 또는 코로나 방전에 의해 발생하는 과도 신호를 감지 및 분석하여 출력하는 방전 감지부; 상기 전력 제어 설비의 외부 온도와 내부 온도를 감지 및 출력하는 온도 검출부; 지진 강도를 감지 및 출력하는 지진 감지부; 및 상기 방전 감지부과 상기 온도 검출부의 출력 신호를 다면 평가법에 따라 분석하여 열화 정도를 산출하되, 상기 지진 강도에 따라 상기 과도 신호 개수, 상기 과도 신호 평균, 상기 과도 신호 편차, 상기 내부 온도, 및 상기 외부 온도 각각에 대한 분석 민감도를 능동 조정하도록 하는 제어부;를 포함할 수 있다.

Description

내진 기능을 구비한 전력 제어 설비 모니터링 시스템 및 방법{MONITORING SYSTEM AND METHOD FOR ELECTRIC POWER EQUIPMENT HAVING EARTH-QUAKE-PROOF FUNCTION}

본 발명은 전력 제어 설비 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내진 기능을 구비한 전력 제어 설비 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 수배전반은 집단거주지역, 빌딩, 학교, 공장, 항만, 공항, 상하수 처리장, 변전소, 중공업 플랜트, 지하철, 화학단지, 제철소 등의 광범위한 전력 수용가에서 특고압의 전력을 저압으로 변환하여 해당 설비에게 공급하는 수배전 계통에 설치되어 전력 감시, 제어 및 보호를 위하여 사용된다.

이러한 수배전반은 사용하는 과정에서 인체의 감전 및 화재에 대한 안전성을 고려하여 외부와의 직접적인 접촉제한 및 내부 점검이나 유지보수를 위한 개폐형 배전함 도어가 장착된 절연 함체와 즉, 수배전반 몸체와 연속적이며 균일한 공급전압에 대한 신뢰성을 감안하여 함체 내부에 차단기나 피뢰기와 같은 각종 보호장비의 설치가 필수적인 설비요건이 되고 있다.

건물 및 산업용 공장 등에 사용하는 수배전반 및 고압전기 시설물은 전기의 사용량이 급격히 증가함에 따라 열화로 인한 화재 및 정전사고가 증가하고 있다.

이에 국내 출원 번호 제10-2015-0056846호 등에서는 열화 가능성을 사전에 진단하고, 이로 인한 사고 발생 가능성을 최소화하고자 하는 기술들을 제안하고 있으나, 이는 지진 발생 가능성을 전혀 고려하지 못하는 단점이 있다. 즉, 지진 발생시에는 평소에는 문제되지 않던 아크 또는 코로나 방전 상황에서도 화재가 손쉽게 발생하는 등 2차 사고 발생 가능성이 급격히 증가되는 문제가 있으나, 국내 출원 번호 제10-2015-0056846호 등에서는 이러한 문제점을 전혀 고려하지 못하는 단점이 있다.

다만, 국내 출원 번호 제10-2011-0072005호 등에서는 지진을 감지하여 전력 차단 동작을 수행하도록 하는 기술을 개시하고 있으나, 이는 지진이 감지됨에 따라 전력 차단 동작을 수행한다는 단순 개념만을 제안하는 수준에 그치고 있을 뿐이다.

이에 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 지진에 따른 2차 사고 발생 가능성은 최소화하되, 수배전반과 같은 전력 제어 설비의 동작을 최대한으로 보장할 수 있도록 하는 내진 기능을 구비한 전력 제어 설비 모니터링 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 내진 기능을 구비한 전력 제어 설비의 위험 모니터링 시스템은, 아크 또는 코로나 방전에 의해 발생하는 과도 신호를 감지 및 분석하여 출력하는 방전 감지부; 상기 전력 제어 설비의 외부 온도와 내부 온도를 감지 및 출력하는 온도 검출부; 지진 강도를 감지 및 출력하는 지진 감지부; 및 상기 방전 감지부과 상기 온도 검출부의 출력 신호를 다면 평가법에 따라 분석하여 열화 정도를 산출하되, 상기 지진 강도에 따라 상기 과도 신호 개수, 상기 과도 신호 평균, 상기 과도 신호 편차, 상기 내부 온도, 및 상기 외부 온도 각각에 대한 분석 민감도를 능동 조정하도록 하는 제어부;를 포함할 수 있다.

상기 제어부는 지진 강도에 따라 신호별 분석 민감도가 달리 설정되어 있는 다수의 분석 기준 테이블; 상기 다수의 분석 기준 테이블 중에서 현재에 감지된 지진 강도에 대응되는 분석 기준 테이블을 선택 및 이용하여 상기 방전 감지부과 상기 온도 검출부의 출력 신호 각각을 분석함으로써, 신호별 평가 지수를 산출하는 신호별 평가 지수 산출부; 및 상기 신호별 평가 지수를 다면 평가법에 적용하여 상기 전력 제어 설비의 열화 정도를 산출하는 열화 정도 산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제어부는 상기 열화 정도에 상응하는 전력 차단 동작을 수행하는 전력 차단 제어부; 및 상기 열화 정도에 상응하는 알람 동작을 수행하는 알람 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 전력 제어 설비의 위험 모니터링 시스템의 내진 기능을 구비한 전력 제어 설비 모니터링 방법은, 지진 강도에 따라 신호별 분석 민감도가 달리 설정되어 있는 다수의 분석 기준 테이블을 등록하는 단계; 상기 지진 강도를 감지하고, 상기 지진 강도에 따라 상기 다수의 분석 기준 테이블 중 하나를 선택하는 단계; 아크 또는 코로나 방전에 의해 발생하는 과도 신호와 상기 전력 제어 설비의 외부 온도와 내부 온도를 감지한 후, 상기 선택된 분석 기준 테이블에 따라 신호별 평가 지수를 산출하는 단계; 및 상기 신호별 평가 지수를 다면 평가법에 적용하여 상기 전력 제어 설비의 열화 정도를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명은 과도 신호 개수, 과도 신호 평균, 과도 신호 편차, 내부 온도, 및 외부 온도 등과 같은 방전 감지 결과와 온도 감지 결과를 다면 평가법에 따라 분석하여 열화 정도를 산출하되, 지진 강도에 따라 신호 각각에 대한 분석 민감도를 능동 조정하도록 한다.

이에 본 발명은 지진에 따른 2차 사고 발생 가능성은 최소화하되, 수배전반과 같은 전력 제어 설비의 동작을 최대한으로 보장하는 효과를 제공할 수 있게 된다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내진 기능을 구비한 전력 제어 설비 모니터링 시스템을 도시한 도면이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 분석 기준 테이블의 예들을 도시한 도면이다.
도4은 본 발명의 일 실시예에 따른 다면 평가법을 이용한 열화 정도 산출 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 내진 기능을 구비한 전력 제어 설비 모니터링 방법을 도시한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다.

그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.

본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"의 기재는, "A 또는 B, 또는, A 및 B"를 의미한다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내진 기능을 구비한 전력 제어 설비 모니터링 시스템을 도시한 도면이다.

도1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 시스템(100)은 방전 감지부(110), 온도 감지부(120), 지진 감지부(130), 제어부(140), 알람 통보부(150), 사용자 인터페이스(160), 및 통신부(170) 등을 포함할 수 있다.

참고로, 지진 발생시에는 평상시와 달리 전력 제어 설비의 아크 방전, 코로나 방전, 및 접속 불량 상태에 의한 전기화재 등이 보다 손쉽게 발생할 수 있다.

이에 본 발명에서는 아크 또는 코로나 방전, 그리고 장비 온도에 따라 열화 정도를 평가하고, 이에 따라 전력 제어 설비의 동작을 제어하되, 지진 발생시에는 아크 또는 코로나 방전, 그리고 장비 온도에 대한 분석 민감도를 일시 향상시킴으로써, 미약한 아크 방전, 코로나 방전, 및 접속 불량 상태에 의해서도 전력 차단 동작이 즉각 수행될 수 있도록 한다. 즉, 아크 방전, 코로나 방전, 및 접속 불량 상태에 보다 민감하게 반응할 수 있도록 함으로써, 지진 발생시 전력 제어 설비로 인한 2차 피해가 발생하는 것이 사전에 방지될 수 있도록 하고자 한다.

방전 감지부(110)는 전력 제어 설비(200)의 금속 하우징 내부에 위치되는 초음파 센서, 누설 전류 센서, 및 전압 감지 센서 중 적어도 하나를 구비하고, 이를 통해 전력 장비의 아크 또는 코로나 방전에 의해 발생되는 과도 신호를 감지하도록 한다. 과도 신호의 개수, 평균, 및 편차를 분석하여 출력함으로써, 제어부(140)가 아크 또는 코로나 방전의 발생 정도를 인지할 수 있도록 한다.

온도 감지부(120)는 전력 제어 설비(140)의 금속 하우징 내외부에 분산 배치되는 다수의 온도 센서를 구비한다. 그리고 금속 하우징 외부에 부착된 온도 센서를 통해서는 전력 제어 설비(200)의 외부 온도를 측정하고, 금속 하우징 내부에 부착된 온도 센서를 통해서는 전력 제어 설비(200)(특히, 모니터링 대상 지점에 설치된 전력 장비)의 내부 온도를 측정하도록 한다.

참고로, 전력 제어 설비의 금속 하우징에 구비된 전력 장비 중 특히, 부스바, 케이블 접속부, 개폐기 또는 차단기의 단자 접속부 등과 열화나 화재의 취약한 특성을 가지는 장치일 수 있다. 이에 본 발명에서는 이들 장치의 설치 지점을 모니터링 대상 지점으로 설정하고, 이들의 온도를 집중 모니터링할 수 있도록 한다.

지진 감지부(130)는 전력 제어 설비(140)의 금속 하우징에 부착되는 3축 자이로 센서, 3축 가속도 센서, 중력 센서, 나침판 센서 중 적어도 하나를 구비하고, 이를 통해 지진의 강도를 감지 및 통보하도록 한다.

제어부(140)는 방전 감지부(110) 및 온도 감지부(120)를 통해 획득된 신호들( 즉, 과도신호 개수, 과도 신호 평균, 과도 신호 편차, 외부 온도 및 내부 온도)을 다면 평가법에 따라 분석하여 열화 정도를 산출한 후, 이에 따른 전력 차단 동작과 알람 동작을 다단 수행하도록 한다.

특히, 지진 발생시에는 아크 방전, 코로나 방전 등에 따른 설비 화재 가능성이 평상시보다 기하급수적으로 커짐을 고려하여, 본 발명의 제어부(140)는 지진 강도에 따라 각 신호의 분석 민감도를 능동 가변함으로써, 진 발생시에는 아크 방전, 코로나 방전 등의 위험 상황에 보다 민감하게 반응하여 상기의 전력 차단 동작과 알람 동작을 수행할 수 있도록 한다.

알람 통보부(150)는 경광등, 스피커 등을 구비하고, 이를 통해 전력 제어 설비의 열화 정도를 시청각적으로 통보하도록 한다.

사용자 인터페이스(160)는 터치 스크린, 제어 패널 등을 구비하고, 이를 통해 시스템 구동에 필요한 각종 사용자 제어값을 입력받거나, 시스템의 구동 결과를 사용자에게 안내하도록 한다.

통신부(170)는 유선 또는 무선 통신 모듈을 구비하고, 이를 통해 외부 장치와의 통신을 지원하여, 외부 장치로부터 시스템 구동에 필요한 각종 제어값을 입력받거나, 시스템의 구동 결과를 외부 장치와 공유하도록 한다.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부의 상세 구성을 도시한 도면이다.

도2를 참고하면, 본 발명의 제어부(140)는 지진 강도 각각에 대응되는 다수의 분석 기준 테이블(411~414), 신호별 평가 지수 산출부(420), 열화 정도 산출부(430), 전력 차단 제어부(441), 및 알람 제어부(442) 등을 포함할 수 있다.

다수의 분석 기준 테이블(411~414)는 지진 강도 각각에 대응되며, 지진 강도에 따라 신호별 분석 민감도가 달리 설정되어 있는 특징을 가진다.

본 발명은 도3에 도시된 바와 같이, 지진 강도가 "0"인 경우,"1~3"인 경우, "4~6"인 경우, "7 이상인 경우" 각각에 대응되는 분석 기준 테이블을 구비할 수 있으며, 분석 기준 테이블별로 신호 각각의 분석 기준치가 상이한 값을 가지도록 할 수 있다. 예를 들어 지진 강도에 비례하여 과도신호 개수, 과도 신호 평균, 과도 신호 편차의 단계별 분석 기준치를 감소시킴으로써, 지진 강도가 세질수록 보다 미세한 신호 변화에 민감하게 반응할 수 있도록 한다.

신호별 평가 지수 산출부(420)는 다수의 분석 기준 테이블(411~414) 중에서 현재에 감지된 지진 강도에 대응되는 분석 기준 테이블을 선택한 후, 이를 기반으로 방전 감지부(110) 및 온도 감지부(120)를 통해 획득된 신호 각각을 분석하여 신호별 평가 지수를 추출한다.

열화 정도 산출부(430)는 도4에 도시된 바와 같이, 신호별 평가 지수를 다면 평가법에 적용하여 전력 제어 설비에 대한 열화 정도를 산출하도록 한다.

예를 들어, 도4의 (a)와 같이 모든 신호의 평가 지수가 정상이거나, 신호 평가 지수 각각을 꼭지점을 가지는 다면체의 면적이 정상 범위 이내인 경우에는, 전력 제어 설비에 대한 열화 정도를 정상 단계로 판단하도록 한다.

도4의 (b)와 같이 다수의 신호 중 하나의 평가 지수가 정상 범위를 벗어나거나, 신호 평가 지수 각각을 꼭지점을 가지는 다면체의 면적이 주의 범위에 속하는 경우에는 전력 제어 설비에 대한 열화 정도를 주의 단계로 판단하도록 한다.

도4의 (c)와 같이 다수의 신호 중 적어도 두 개의 평가 지수가 주의 범위를 벗어나거나, 신호 평가 지수 각각을 꼭지점을 가지는 다면체의 면적이 경고 범위에 속하는 경우에는 전력 제어 설비에 대한 열화 정도를 경고 단계로 판단하도록 한다.

도4의 (d)와 같이 다수의 신호 중 적어도 세 개의 평가 지수가 경고 범위를 벗어나거나, 신호 평가 지수 각각을 꼭지점을 가지는 다면체의 면적이 위험 범위에 속하는 경우에는 전력 제어 설비에 대한 열화 정도를 위험 단계로 판단하도록 한다.

전력 차단 제어부(441) 및 알람 제어부(442)는 열화 정도 각각에 대응되는 전력 차단 절차 및 알람 수행 절차를 사전에 정의해준다. 그리고 열화 정도 산출부(430)에 의해 현재의 열화 정도가 결정되면, 해당 전력 차단 절차와 알람 수행 절차를 즉각적으로 수행하도록 한다.

예를 들어, 열화 정도가 정상 단계인 경우에는, 별도의 추가 동작을 수행하지 않도록 하되, 주의 단계인 경우에는 현재의 열화 정도를 시청각적으로 통보하는 알람 동작을 수행하고, 경고 단계인 경우에는, 현재의 열화 정도를 시청각적으로 통보하는 알람 동작을 수행함과 동시에 상대적으로 중요도가 낮은 장비로의 전력 공급을 일시 중단하고, 마지막으로 위험 단계인 경우에는, 현재의 열화 정도를 시청각적으로 통보하는 알람 동작을 수행함과 동시에 모든 장비로의 전력 공급을 일시 중단할 수 있을 것이다.

도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 내진 기능을 구비한 전력 제어 설비 모니터링 방법을 도시한 도면이다.

먼저, 지진 감지부(130)를 통해 전력 제어 설치가 설치된 장소에서 지진이 발생하는지, 더 나아가 지진 강도는 얼마인지를 측정한다(S10),

그러면, 제어부(140)는 사전에 획득 및 관리 중인 다수의 분석 기준 테이블 중에서 현재 측정된 지진 강도에 대응되는 분석 기준 테이블을 획득한 후(S20), 방전 감지부(110)를 통해서는 아크 또는 코로나 방전에 의해 발생되는 과도 신호를 측정하고(S31), 온도 감지부(120)를 통해서는 전력 제어 설비(200)의 내부 및 외부 온도를 측정하도록 한다(S32).

그리고 나서, 단계 S20를 통해 획득된 분석 기준 테이블을 기반으로 방전 감지부(110) 및 온도 감지부(120)를 통해 획득된 과도신호 개수, 과도 신호 평균, 과도 신호 편차, 외부 온도 및 내부 온도 각각을 분석하여, 신호별 평가 지수를 추출한다(S40).

그리고 나서 추출된 신호별 평가 지수를 다면 평가법에 적용하여 전력 제어 설비에 대한 열화 정도를 산출한 후(S50), 이를 고려하여 현재 상황에 최적화된 전력 차단 동작과 알람 동작을 실행하도록 한다(S60).

이와 같은 전력 제어 설비 모니터링은 전력 제어 설비가 구동되는 반복적으로 실행될 수 있을 것이며, 모니터링 동작 중에 지진이 발생하여 지진 강도가 변화되면, 지진 강도에 따라 분석 기준 테이블의 종류를 달리하여 현재의 지진 강도에 최적화된 전력 차단 동작이 즉각 수행할 수 있도록 한다.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (4)

1. 내진 기능을 구비한 전력 제어 설비의 위험 모니터링 시스템에 있어서,
   아크 또는 코로나 방전에 의해 발생하는 과도 신호를 감지 및 분석하여 출력하는 방전 감지부;
   상기 전력 제어 설비의 외부 온도와 내부 온도를 감지 및 출력하는 온도 검출부;
   지진 강도를 감지 및 출력하는 지진 감지부; 및
   상기 방전 감지부과 상기 온도 검출부의 출력 신호를 다면 평가법에 따라 분석하여 열화 정도를 산출하되, 상기 지진 강도에 따라 상기 과도 신호 개수, 상기 과도 신호 평균, 상기 과도 신호 편차, 상기 외부 온도, 및 상기 모니터링 대상 장치 각각에 대한 분석 민감도를 능동 조정하도록 하는 제어부;를 포함하는 내진 기능을 구비한 전력 제어 설비 모니터링 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
   지진 강도에 따라 신호별 분석 민감도가 달리 설정되어 있는 다수의 분석 기준 테이블;
   상기 다수의 분석 기준 테이블 중에서 현재에 감지된 지진 강도에 대응되는 분석 기준 테이블을 선택 및 이용하여 상기 방전 감지부과 상기 온도 검출부의 출력 신호 각각을 분석함으로써, 신호별 평가 지수를 산출하는 신호별 평가 지수 산출부; 및
   상기 신호별 평가 지수를 다면 평가법에 적용하여 상기 전력 제어 설비의 열화 정도를 산출하는 열화 정도 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 내진 기능을 구비한 전력 제어 설비 모니터링 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 열화 정도에 상응하는 전력 차단 동작을 수행하는 전력 차단 제어부; 및
   상기 열화 정도에 상응하는 알람 동작을 수행하는 알람 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 내진 기능을 구비한 전력 제어 설비 모니터링 시스템.
4. 전력 제어 설비의 위험 모니터링 시스템의 내진 기능을 구비한 전력 제어 설비 모니터링 방법에 있어서,
   지진 강도에 따라 신호별 분석 민감도가 달리 설정되어 있는 다수의 분석 기준 테이블을 등록하는 단계;
   상기 지진 강도를 감지하고, 상기 지진 강도에 따라 상기 다수의 분석 기준 테이블 중 하나를 선택하는 단계;
   아크 또는 코로나 방전에 의해 발생하는 과도 신호와 상기 전력 제어 설비의 외부 온도와 내부 온도를 감지한 후, 상기 선택된 분석 기준 테이블에 따라 신호별 평가 지수를 산출하는 단계; 및
   상기 신호별 평가 지수를 다면 평가법에 적용하여 상기 전력 제어 설비의 열화 정도를 산출하는 단계를 포함하는 내진 기능을 구비한 전력 제어 설비 모니터링 방법.

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