KR20110066696A - 송전설비 온라인 감시시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 송전철탑에 기상설비와 카메라를 설치하여 송전설비 및 철탑주변을 온라인으로 감시하는 기술에 관한 것이다. 개시발명은 송전철탑에 다수가 설치되어 기상 및 영상을 감지하는 지지물 센서부; 송전선로에 설치되어 송전선로의 상태를 감지하는 선로 센서부; 다수의 지지물 센서부 및 선로 센서부에서 취득한 신호를 수집하는 지역 데이터통합부; 및 지역 데이터통합부에서 수집한 기상 및 영상 데이터 및 송전선로의 상태 데이터를 처리분석하여 송전설비를 감시하는 서버;를 포함한다. 따라서 상기와 같이 본 발명에 따른 송전설비 온라인 감시시스템에 의하면 송전선로 주변감시를 원격에서 온라인으로 할 수 있어 경비를 절감시킬 뿐만 아니라 송전설비의 운용 및 보수를 통합적으로 관리하는 시스템을 구축함으로써 송전선로를 광범위하게 감시할 수 있다.
Description
송전설비를 감시하는 시스템에 관한 것으로, 특히 송전철탑에 기상설비와 카메라를 설치하여 송전설비 및 철탑주변을 온라인으로 감시하는 기술에 관한 것이다.
통상 우리나라의 동해안 같은 험준한 산악지대 등에 설치되는 송전설비는 자연재해인 겨울철 폭설, 결빙이나 여름철장마에 의해 설비피해가 빈번하게 발생하고 있는바, 예를 들어 겨울철 착설, 착빙으로 인한 고장시 송전선로의 복귀시간이 장시간 소요되고, 인근 송전선로로의 고장 파급이 우려되며, 집중호우 및 산불과 같은 자연적 재해에 의해 송전설비를 보호할 필요가 있었다.
발전소로부터 전력을 수용가로 공급하기 위하여 송전선로가 설치된다. 송배전망을 안전하게 유지하여 지속적인 전력 공급을 가능하도록 하고 유사시에는 즉각적인 검출과 차단으로 사고를 방지하고 복구를 조기에 매듭지기 위하여 여러 감시 장비와 제어장비 및 인력이 제공되고 있다. 배전망은 송전망에 비하여 상대적으로 저압이므로 여러 제어 장치 동작에 필요한 전압을 쉽게 획득할 수 있으며, 그 망이 시설되는 지역 역시 감시 인력이 수시로 접근 가능한 주거 가능한 지역이 보편적이다.
그러나 송전망이 시설되는 지역은 비교적 산악지역이나 호수 등 상주 인력을 배치하기 어렵고 선로가 길어서 감시가 용이하지 못한 단점이 있으며 반대로 선로에 사고가 발생하면 그 파급 효과가 대단히 크므로 선로의 감시가 필수적이다. 그런데 상기 송전망은 수만 볼트 이상의 고압을 송전하므로 별도의 저압 전원을 얻을 수가 없다는 문제가 있다.
이러한 문제를 극복하기 위하여 주로 폐쇄회로 카메라를 이용하여 송전선 및 애자 연결부위의 이미지를 촬영하여 감시 시스템 서버로 전송하고, 이 전송 이미지를 감시하는 방식이 주로 사용되고 있으며, 상기 이미지의 변화를 소프트웨어적으로 판별하여 감지하는 방식도 실용화되어 있다.
상기 이미지 정보는 송전선과 함께 깔려있는 광섬유 복합 가공지선을 이용하여 전송하거나 또는 무선 송신 기능이 있는 폐쇄회로 카메라가 사용되기도 한다. 동시에 송전 설비의 고장에 주원인으로 작용하는 기후, 환경의 변화를 감시하기 위해 풍향, 풍속 및 전선 온도, 전력 정보를 검출하고 전송할 필요성이 있다.
그러나 수만 볼트가 흐르는 고압 송전선에는 상기 여러 감시 장비를 구동할 수 있는 전원 시설이 마련되어 있지 아니하므로 풍력, 태양광 에너지를 이용하는 방법이 시도되고 있지만 악천후에 의하여 전력 공급이 중단되는 문제가 발생하여 감시의 연속성이 불안정해 질 수 있으며, 실제로 오지까지 접근하여 상기 전원 장치를 유지 보수하여야 하므로 어려움이 있고 전력을 충분하게 저장하도록 하기에는 시설의 가격이 높아지는 단점이 있어 전력 소모가 증가하는 여러 감시 장비의 채택이 사실상 불가능한 문제가 있다.
본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 송전철탑에 다수가 설치되어 기상 및 영상을 감지하고, 송전선로에 설치되어 송전선로의 상태를 감지하고, 감지된 데이터를 수집하여 지그비통신 방식으로 수신받아 송전설비를 온라인으로 감시하는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 송전철탑에 다수가 설치되어 기상 및 영상을 감지하는 지지물 센서부; 송전선로에 설치되어 송전선로의 상태를 감지하는 선로 센서부; 다수의 지지물 센서부 및 선로 센서부에서 취득한 데이터를 수집하는 지역 데이터통합부; 및 지역 데이터통합부에서 수집한 기상 및 영상 데이터 및 송전선로의 상태 데이터를 처리분석하여 송전설비를 감시하는 서버;를 포함하고, 지지물 센서부 및 선로 센서부는 기상, 영상, 및 선로 상태를 감지하는 센서, 상기 센서에서 감지한 데이터를 변환하는 신호변환부, 및 신호변환부에서 변환된 데이터를 수신하고 지역 데이터통합부로 지그비 무선통신 방식으로 전송하는 통신부를 포함한다.
상기와 같이 본 발명에 따른 송전설비 온라인 감시시스템에 의하면 송전선로 주변감시를 원격에서 온라인으로 할 수 있어 경비가 대폭 절감되고, 악천후(폭설, 강풍, 호우 등) 또는 산불 발생시 원활한 송전설비의 고장예방 활동을 지원할 수 있으며, 송전설비 운용 및 보수의 과학화 기반을 구축하면서 자연재해를 광범위하게 감시할 수 있다.
산악지 또는 해안가 등의 오지에서 전원 및 네트워크 등의 기본적인 인프라가 없는 열악한 송전설비의 환경에 적합하도록 센서별 개별모듈화, 자율전원 구동방식, IEEE 802.15.4 표준인 Zigbee 무선인터페이스 방식을 이용하여 무선풍향/풍속센서모듈, 무선일사량센서모듈, 무선외부기온센서모듈, 무선장력센서모듈, 무선정지영상카메라모듈, 무선송전선로센서모듈을 개발하여 현장적용이 편리하고, 송전철탑환경에서 적합한 고성능 상용센서를 사용함에 따라 센서데이터를 효율적으로 전송할 수 있는 센서와 센서네트워크를 통합화한 무선센서모듈을 개발하여 신속한 사업화 전략에 유리하고, 무선센서모듈은 송전설비 온라인 감시 시스템이 요구하는 현장 센서데이터를 제공하는 것을 기본기능으로 하며, 송전설비 운영자의 요구에 따라 필요로 목적에 따라 원하는 위치의 송전설비에 대한 상시 감시가 가능하도록 Stand Alone 방식으로 설치가 가능함에 따라 사업화 유리하고, 가공송전선로의 상시 감시를 통해 전력전송 기술의 고도화 및 선로 운영의 정보화를 통해서 기설 선로의 교체주기의 연장과 송전용량 증대를 통해서 신규 투자비용을 절감하고, 수목접촉감시, 태풍의 영향 감시, 빙설해 감시, 산불 감시를 통해 대규모 광역정전 사고를 사전에 예방할 수 있다.
이하 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 참조로 하는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 송전설비 온라인 감시시스템을 보여주는 개념도이다. 도 1을 참조하면, 송전설비 온라인 감시시스템은 지지물 센서부(100), 선로 센서부(200), 지역 데이터통합부(300) 및 서버(400)를 포함한다.
상기 지지물 센서부(100)는 송전철탑에 다수가 설치되어 기상 및 영상을 감지한다. 지지물 센서부(100)는 풍향 및 풍속을 감지하는 풍향/풍속 센서, 일사량을 감지하는 일사량 센서, 외부기온을 감지하는 기온 센서, 장력을 감지하는 장력 센서, 및 영상을 감지하는 영상 센서로 구성된다.
상기 선로 센서부(200)는 송전선로에 설치되어 송전선로의 상태를 감지한다. 선로 센서부(200)는 선로온도 센서, 선로전류 센서 및 선로기울기 센서를 포함할 수 있고 고압송전선로의 대전류에 의한 강자계를 차폐할 수 있는 외부함체를 포함할 수 있다. 지지물 센서부(100)는 태양전지 및 축전지로 구성되는 독립된 자율전원으로 구동되며, 선로 센서부(200)는 변류기(CT, Current Transformer)를 통하여 구동전원을 발전하고 슈퍼 커패시터(Super Capacitor)를 이용하여 예비전원을 확보할 수 있다.
상기 지역 데이터통합부(300)는 다수의 지지물 센서부(100) 및 선로 센서부(200)에서 취득한 신호를 수집한다. 송전철탑에 설치된 지지물 센서부(100)와 송전선로 상에 설치된 선로 센서부(200)의 지역 데이터통합부(300)와의 인터페이스는 지그비(Zigbee) 무선통신 방식을 적용할 수 있고, 지그비 무선통신(IEEE 802.15.4)을 통하여 센서가 감지한 데이터를 로우데이터(Raw data) 형태로 지역 데이터통합부(300)로 전송할 수 있다.
상기 서버(400)는 지역 데이터통합부(300)에서 수집한 기상 및 영상 데이터 및 송전선로의 상태 데이터를 처리분석하여 송전설비를 감시한다.
지역 데이터통합부(300)는 취득한 데이터를 일시적으로 저장하여 상위시스텡인 서버(400)에서 요구하는 데이터 형태로 변환하여 CDMA 무선 모뎀을 이용하여 서버(400)로 전송한다.
도 2는 도 1의 송전설비 온라인 감시시스템에서 지지물 센서부 및 선로 센서부의 구성을 구체적으로 보여주는 블럭도이다. 도 2를 참조하면, 지지물 센서부(100)는 센서의 종류에 따라 다수로 구성될 수 있다. 본 발명의 바람직한 일실시예로서 지지물 센서부(100)는 풍향/풍속 센서를 포함하는 지지물 센서부(110), 일사량 센서를 포함하는 지지물 센서부(120), 기온 센서를 포함하는 지지물 센서부(130), 영상 센서를 포함하는 지지물 센서부(140) 및 장력 센서를 포함하는 지지물 센서부(150)를 포함할 수 있다.
이들 각 지지물 센서부(110, 120, 130, 140, 150) 및 선로 센서부(200)는 센 서, 신호변환부, 통신 및 전원부를 포함한다.
상기 센서는 기상, 영상, 및 선로 상태를 감지하여 데이터를 생성한다.
상기 선로 센서부(200)는 선로온도 센서, 선로전류 센서 및 선로기울기 센서를 포함한다.
상기 신호변환부는 센서에서 감지한 데이터를 통신에 적합한 데이터로 변환한다.
상기 통신부는 상기 신호변환부에서 변환된 데이터를 수신하고 상기 지역 데이터통합부로 지그비 무선통신 방식으로 전송한다.
도 3은 도 2의 풍향/풍속 센서를 포함하는 지지물 센서부의 구성을 보여주는 블럭도이다. 도 3을 참조하면, 지지물 센서부(110)는 센서로 풍향/풍속 센서을(112) 이용하고, 신호변환부(114)는 RS232/UART 변환기를 이용하고 있고, 통신부(116)는 지그비 통신방법을 이용할 수 있다.
풍향/풍속 센서(112)는 최대 풍속의 감지에 있어서, 0.25초 단위로 데이터를 입력받아 풍속, 수평풍향 및 수직풍향을 연산한다. 0.25초 단위 12개의 풍속을 0.25초 간격으로 이동하여 산술평균한 값을 산출할 수 있다. 0.25초 단위 12개의 수평풍향 및 수직풍향을 0.25초 간격으로 이동하여 벡터평균을 산출할 수 있다. 또한, 0.25초 단위 40개의 평균풍향, 평균수평풍향 및 평균수직풍향 중 최대의 평균풍향과 그때 발생한 평균수평풍향 및 평균수직풍향을 선택하여 전송할 수 있다. 평균 풍속의 감지에 있어서는, 0.25초 단위 40개의 풍속을 산술평균하고, 0.25초 단위 40개의 수평풍향 및 수직풍향을 벡터평균한다. 또한, 산출한 평균 풍속, 수평풍향 및 수직풍향을 전송할 수 있다. 전체적인 동작은 산출한 데이터를 일정한 시간 간격으로 센서(118)의 기동시간을 고려하여 동작하고, 감지 데이터를 이용하여 최대풍향/풍속 및 평균풍향/풍속 데이터를 산출하고, 최대 풍향/풍속과 평균풍향/풍속 데이터를 지역 데이터통합부(300)로 전송할 수 있다. 지역 데이터통합부(300)로부터 전송완료 신호(Ack)를 수신하고 전원부(118)의 전원을 차단하면서 동작을 마무리한다.
센서에서 감지한 풍속, 수평풍향 및 수직풍향 데이터는 RS232 통신방법으로 신호변환부(114)에 입력되고, 신호변환부(114)는 UART 방식으로 데이터를 통신부(116)로 송신한다.
도 4는 도 2의 일사량 센서를 포함하는 지지물 센서부의 구성을 보여주는 블럭도이다. 도 4를 참조하면, 지지물 센서부(120)는 센서로 일사량 센서(122)를 이용하고, 신호변환부(124)는 ADC 변환기를 사용한다.
일사량 센서(122)의 일사량 감지는 0 내지 2,000W/m2를 4 내지 20 mA의 전류신호로 출력하고, 센서의 전류 신호를 16비트 해상도의 ADC 변환기를 통하여 샘플링한다. 센서 데이터는 1초 간격으로 10초간 샘플링하는 것이 바람직하다. 일사량 센서는 기상청의 기상자료를 처리하도록 구성할 수 있는데, 태양광선의 직달일사와 대기의 산란일사의 합인 전천일사량을 측정하고 일사량 센서(122)는 전천일사량에 상응하는 전기신호를 출력하고 출력된 전기신호는 센서의 고유 감도정수를 사 용하여 W/m2단위로 환산한다. 환산된 일사량은 10초마다 표본추출되고, 매분마다 지난 6개의 10초 일사량을 합하여 1분 일사량을 출력한다. 1일 일사량은 매일 00시 00분을 기준으로 매분마다 누적된 일사량을 의미한다. 1분 일사량은 현재까지 누적된 일사량에서 1분전까지 누적된 일사량을 뺀 값이다. 일사량 센서의 데이터 처리는 1초 간격으로 10개의 센서 데이터를 산술평균하여 구할 수 있다. 센서의 동작은 먼저, 5분 간격으로 센서의 기동시간을 고려하여 전원을 투입하며, 일사량 평균 데이터를 지역 데이터통합부(300)로 전송하며, 지역 데이터통합부(300)로부터 전송완료 신호를 수신한 후 센서부(120)의 동작을 마무리한다.
도 5는 도 2의 기온 센서를 포함하는 지지물 센서부의 구성을 보여주는 블럭도이다. 도 5를 참조하면, 지지물 센서부(130)는 센서로 기온센서(132)를 이용하고, 신호변환부(134)는 ADC 변환기를 이용한다.
기온 센서의 취득 데이터는 영하 40도 내지 영상 80도의 일사량의 범위를 4 내지 20 mA의 전류신호로 출력하며, 센서(132)의 전류 신호를 16비트 해상도의 ADC 변환기를 통하여 샘플링한다. 데이터 처리와 전송과정은 일사량 센서에서와 동일하게 할 수 있다. 기상청의 기상자료를 처리하는 방법은 기온센서로부터 주기적으로 표본을 추출하고, 추출한 표본을 산술평균한다. 일 단위의 기온자료는 하루를 등분하여 관측된 기온자료를 산술평균하여 일 평균기온을 구한다. 그리고 하루 동안에 수집된 평균기온 중에서 최대값을 최고기온으로 하고, 최소값을 일 최저기온으로 정한다.
도 6은 도 2의 장력 센서를 포함하는 지지물 센서부의 구성을 보여주는 블럭도이다. 도 6을 참조하면, 지지물 센서부(140)는 센서로 장력 센서(142)를 이용하고 신호변환부(144)는 ADC 변환기를 포함한다.
장력 센서(142)는 선로의 장력 0 내지 50kN, 0 내지 100kN, 0 내지 200kN, 0 내지 300kN을 일정범위의 전류신호로 출력하고, 센서의 아날로그 전류 신호를 디지털 신호로 변환하다. 데이터의 전송은 일사량 센서에서와 동일하게 할 수 있다.
도 7은 도 2의 영상 센서를 포함하는 지지물 센서부의 구성을 보여주는 블럭도이다. 도 7을 참조하면, 지지물 센서부(150)는 센서로 영상 센서(152)를 이용하고, 신호변환부(154)는 캡쳐장치, 압축장치 및 UART 변환기를 포함한다.
영상 센서(152)는 CCTV카메라 센서를 이용할 수 있고, CCTV카메라 센서로부터 입력되는 NTSC 영상신호를 정지영상으로 변환한다. 정지영상은 저장용량이 크기 때문에 메모리와 지그비 무선 전송시 많은 시스템 리소스를 차지하게 되므로, 압축영상으로 변환하는 과정을 거치도록 할 수 있다. 정지영상의 전송에 있어서는 패킷의 유실 또는 전송지연을 방지하기 위하여 별도의 흐름제어를 할 수 있다.
영상 센서(152)에 이용되는 CCTV카메라는 팬(Pan), 틸트(Tilt) 및 줌(Zoom) 제어 기능을 가질 수 있고, 이들 제어를 위한 양방향 통신은 RS485통신방법을 이용할 수 있다. 제어데이터와 CCTV카메라의 동영상 데이터는 RS485방식으로 신호변환부(154)로 전송되고, 전송된 동영상 데이터는 캡쳐장치에 의하여 캡쳐된 후 압축장 치에서 압축되어 UART 통신에 의하여 통신부(156)로 전송된다.
도 8은 도 2의 선로 센서부의 구성을 보여주는 블럭도이다. 도 8을 참조하면, 선로 센서부(200)는 센서로 온도 센서(210), 전류 센서(220), 기울기 센서(230)를 포함하고, 신호변환부(240), 통신부(250)로 이루어진다. 독립적 동작을 위하여 전원부(260)를 더 포함할 수 있다.
선로 센서부(200)의 전원 전류측정은 변류기(CT, Current Transformer)를 이용하여 측정할 수 있다. 변류기는 100 내지 1,200A의 전류를 0 내지 4 Vdc의 전압신호로 출력할 수 있다. 센서의 전압신호는 신호변환부(240)를 통하여 샘플링하여 디지털 데이터로 변환된다. 선로 센서부(200)의 선로 온도 측정은 비접촉식 적외선 센서(IR, Infrared Sensor)를 이용하여 측정할 수 있으며, 바람직하게는 영하 20도 내지 150도의 범위에 대응하는 전압신호를 출력하도록 할 수 있다. 센서의 온도에 대응하는 전압은 초당 4회 샘플링하여 디지털 변환하는 것이 바람직한다. 선로 센서부(200)의 기울기 측정은 -70도 내지 +70도의 각도의 범위에 대응하는 전압신호를 출력하도록 할 수 있다. 센서의 기울기에 대한 전압은 초당 4회 샘플링하여 디지털 변환하는 것이 바람직하다. 선로 센서부(200)의 데이터 처리는 선로 전류, 선로 온도 및 선로 기울기에 대한 각각의 다수의 센서 데이터를 산술평균하여 구할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 송전설비 온라인 감시시스템을 보여주는 개념도,
도 2는 도 1의 송전설비 온라인 감시시스템에서 지지물 센서부 및 선로 센서부의 구성을 구체적으로 보여주는 블럭도,
도 3은 도 2의 풍향/풍속 센서를 포함하는 지지물 센서부의 구성을 보여주는 블럭도,
도 4는 도 2의 일사량 센서를 포함하는 지지물 센서부의 구성을 보여주는 블럭도,
도 5는 도 2의 기온 센서를 포함하는 지지물 센서부의 구성을 보여주는 블럭도,
도 6은 도 2의 장력 센서를 포함하는 지지물 센서부의 구성을 보여주는 블럭도,
도 7은 도 2의 영상 센서를 포함하는 지지물 센서부의 구성을 보여주는 블럭도, 및
도 8은 도 2의 선로 센서부의 구성을 보여주는 블럭도이다.
Claims (9)
- 송전철탑에 다수가 설치되어 기상 및 철탑의 상태를 감지하는 센서를 포함하는 지지물 센서부;송전선로에 설치되어 송전선로의 상태를 감지하는 센서를 포함하는 선로 센서부;상기 다수의 지지물 센서부 및 선로 센서부에서 취득한 데이터를 수집하는 지역 데이터통합부; 및상기 지역 데이터통합부에서 수집한 기상 및 영상 데이터 및 송전선로의 상태 데이터를 처리분석하여 송전설비를 감시하는 서버;를 포함하되,상기 다수의 지지물 센서부 및 선로 센서부는 상기 센서에서 감지한 데이터를 변환하는 신호변환부 및 상기 신호변환부에서 변환된 데이터를 수신하고 상기 지역 데이터통합부로 무선통신 방식으로 전송하는 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 송전설비 온라인 감시시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 지지물 센서부에 포함된 센서는 풍향 및 풍속을 감지하는 풍향/풍속 센서, 일사량을 감지하는 일사량 센서, 외부기온을 감지하는 기온 센서, 장력을 감지하는 장력 센서, 영상을 감지하는 영상 센서, 및 송전선로의 상태를 감지하는 송전선로 센서 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 송전설비 온라인 감시시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 송전선로 센서부는 선로의 온도를 감지하는 선로온도 센서, 선로의 전류값을 측정하는 선로전류 센서 및 선로의 기울기를 측정하는 선로기울기 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 송전설비 온라인 감시시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 센서는 풍향/풍속 센서이고, 상기 신호변환부는 디지털 통신방식으로 상기 센서로부터 데이터를 취득하여 디지털 통신방식으로 상기 통신부에 전송하는 것을 특징으로 하는 송전설비 온라인 감시시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 센서는 일사량, 기온 또는 장력 센서이고, 상기 신호변환부는 상기 센서에서 취득한 아날로그 데이터를 디지털데이터로 변환하여 상기 통신부에 전송하는 것을 특징으로 하는 송전설비 온라인 감시시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 센서는 영상 센서이고, 상기 영상 센서는 CCTV카메라이고, 상기 신호변환부는 상기 CCTV카메라가 취득한 영상을 정지영상으로 캡쳐하고 압축한 후 디지털 통신방식으로 상기 통신부에 전송하는 것을 특징으로 하는 송전설비 온라인 감시시스템.
- 제6항에 있어서, 상기 CCTV카메라의 펜(Pan), 틸트(Tilt), 및 줌(Zoom) 등의 제어 명령을 디지털 통신방식으로 제어하는 것을 특징으로 하는 송전설비 온라인 감시시스템.
- 제3항에 있어서, 상기 신호변환부는 상기 센서에서 취득한 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하여 상기 통신부에 전송하는 것을 특징으로 하는 송전설비 온라인 감시시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 지지물 센서부 및 상기 선로 센서부는 각각 전원부를 더 포함하며, 상기 전원부는 전원제어기, 태양전지, 납축전지, 변류기(CT, Transformer) 및 2차 전지 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 송전설비 온라인 감시시스템.
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