基于接地精准判断的户外式高压智能断路器的制作方法

本实用新型涉及一种智能断路器及其控制方法，特别是一种基于接地精准判断的户外式高压智能断路器及其控制方法。

背景技术：

户外式高压断路器在供用电电网中得到广泛使用，作为高压配电与用电的重要基础性设备，保证电网的安全经济运行。近年来，户外式高压断路器向智能化方向发展，一次开关、电流互感器、电压互感器等与二次自动化设备相结合，成为户外式高压智能断路器，具有测量、控制、保护、信号、运动、自诊断等综合自动化（或智能化）功能，作为配用电电网自动化系统中的重合器、分界器等。

现有户外式高压智能断路器具有电流速切、过流、过负荷、过压、欠压、接地等比较齐全的保护功能，以保证电网安全、经济运行。其主要缺点是根据接地判断而实施的保护、报警不够精准，也即实际接地没有监测到和实际没有接地而判断为接地，结果危害了电网的安全、经济运行，进而影响广大用电户的正常生产、生活。

目前市场上缺乏一种能够对电网接地精准判断的，从而能够正确启动保护或报警并且结构简洁、运行可靠、维护方便的户外式高压智能断路器。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于接地精准判断的户外式高压智能断路器，它能够对电网接地精准判断，从而能够正确启动保护或报警。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种基于接地精准判断的户外式高压智能断路器，其特征在于：包含断路器本体部件S、智能控制器、断路器分合闸驱动和传动部件、工作电源以及线电压取样变压器L1、A相电压取样电阻R1A、A相取样变压器L2A、B相电压取样电阻R1B、B相取样变压器L2B、C相电压取样电阻R1C、C相取样变压器L2C、A相电流取样互感器L3A、A相取样变压器L4A、B相电流取样互感器L3B、B相取样变压器L4B、C相电流取样互感器L3C、C相取样变压器L4C，断路器本体部件连接在三相交流电源UA、UB、UC上，工作电源与线电压取样变压器L1的初级线圈两端分别与三相交流电源UA、UC连接，工作电源和线电压取样变压器L1的次级线圈一端与工作电源和电阻R2一端连接，电阻R2另一端与变压器L5初级线圈一端连接，工作电源和线电压取样变压器L1的次级线圈另一端与变压器L5初级线圈另一端和工作电源连接，工作电源分别输出直流电源VCC和VDD，A相电压取样电阻R1A一端与三相电源UA连接，A相电压取样电阻R1A另一端与A相取样变压器L2A的初级线圈一端连接，A相取样变压器L2A的初级线圈另一端接地，B相电压取样电阻R1B一端与三相电源UB连接，B相电压取样电阻R1B另一端与B相取样变压器L2B的初级线圈一端连接，B相取样变压器L2B的初级线圈另一端接地, C相电压取样电阻R1C一端与三相电源UC连接，C相电压取样电阻R1C另一端与C相取样变压器L2C的初级线圈一端连接，C相取样变压器L2C的初级线圈另一端接地, A相电流取样互感器L3A设置在三相电源UA上，A相电流取样互感器L3A两端与A相取样变压器L4A两端连接并且A相电流取样互感器L3A和A相取样变压器L4A的一端接地，B相电流取样互感器L3B设置在三相电源UB上，B相电流取样互感器L3B两端与B相取样变压器L4B两端连接并且B相电流取样互感器L3B和B相取样变压器L4B的一端接地，C相电流取样互感器L3C设置在三相电源UC上，C相电流取样互感器L3C两端与C相取样变压器L4C两端连接并且C相电流取样互感器L3C和C相取样变压器L4B的一端接地，变压器L5、A相取样变压器L2A、B相取样变压器L2B、C相取样变压器L2C、A相取样变压器L4A、B相取样变压器L4B、C相取样变压器L4C的次级线圈与对应的取样保护幅值校正相位校正电路连接， 取样保护幅值校正相位校正电路连接输出与智能控制器连接，A相取样变压器L2A、B相取样变压器L2B、C相取样变压器L2C对应的取样保护幅值校正相位校正电路与零序电压取样与幅值校正电路连接，A相取样变压器L4A、B相取样变压器L4B、C相取样变压器L4C对应的取样保护幅值校正相位校正电路与零序电流取样与幅值校正电路连接，零序电压取样与幅值校正电路连接和零序电流取样与幅值校正电路连接输出与智能控制器连接，断路器分合闸驱动和传动部件分别与断路器本体部件S和智能控制器连接由智能控制器控制断路器本体部件S通断。

进一步地，还包含GPRS通信部件，GPRS通信部件与智能控制器连接。

进一步地，所述取样保护幅值校正相位校正电路为，保护压敏器件D1正极、电阻R3一端、校正基值电阻R4一端、幅值校正电阻R5一端与工作电源的工作地连接，保护压敏器件D1负极与电阻R3另一端、校正基值电阻R6一端、相位校正电容器C1一端连接，校正基值电阻R6另一端与校正基值电阻R4另一端、可调电阻R7一端连接，可调电阻R7另一端与电阻R8一端连接，电阻R8另一端与相位校正电容器C1另一端、运算放大器T1正极连接，幅值校正电阻R5另一端与运算放大器T1负极、幅值校正电阻R9一端连接，幅值校正电阻R9另一端与可调电阻R10一端连接，可调电阻R10另一端与运算放大器T1输出端连接，运算放大器T1工作电压两端分别与直流电源VCC和VDD连接。

进一步地，所述零序电压取样与幅值校正电路为，零序电压合成电阻R11、R12、R13并联并且零序电压合成电阻R11、R12、R13的一端与运算放大器T2负极、零序电压幅值校正电阻R14一端连接，零序电压幅值校正电阻R14另一端与可调电阻R15一端连接，可调电阻R15另一端与运算放大器T2输出端和智能控制器连接，运算放大器T2正极接工作地，运算放大器T2工作电压两端分别与直流电源VCC和VDD连接。

进一步地，所述零序电流取样与幅值校正电路为，零序电流合成电阻R16、R17、R18并联并且零序电流合成电阻R16、R17、R18的一端与运算放大器T3负极、零序电流幅值校正电阻R19一端连接，零序电流幅值校正电阻R19另一端与可调电阻R20一端连接，可调电阻R20另一端与运算放大器T3输出端和智能控制器连接，运算放大器T3正极接工作地，运算放大器T3工作电流两端分别与直流电源VCC和VDD连接。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：结构简洁、运行可靠、维护方便，能够对电网接地精准判断，从而能够正确启动保护或报警。

附图说明

图1是本实用新型的基于接地精准判断的户外式高压智能断路器的示意图。

图2是本实用新型的基于接地精准判断的户外式高压智能断路器的取样保护幅值校正相位校正电路的电路图。

图3是本实用新型的基于接地精准判断的户外式高压智能断路器的零序电压取样与幅值校正电路的电路图。

图4是本实用新型的基于接地精准判断的户外式高压智能断路器的零序电流取样与幅值校正电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。

如图所示，本实用新型的一种基于接地精准判断的户外式高压智能断路器，包含断路器本体部件S、智能控制器1、断路器分合闸驱动和传动部件2、工作电源3以及线电压取样变压器L1、A相电压取样电阻R1A、A相取样变压器L2A、B相电压取样电阻R1B、B相取样变压器L2B、C相电压取样电阻R1C、C相取样变压器L2C、A相电流取样互感器L3A、A相取样变压器L4A、B相电流取样互感器L3B、B相取样变压器L4B、C相电流取样互感器L3C、C相取样变压器L4C。

断路器本体部件S连接在三相交流电源UA、UB、UC上，工作电源3与线电压取样变压器L1的初级线圈两端分别与三相交流电源UA、UC连接，工作电源3和线电压取样变压器L1的次级线圈一端与工作电源和电阻R2一端连接，电阻R2另一端与变压器L5初级线圈一端连接，工作电源3和线电压取样变压器L1的次级线圈另一端与变压器L5初级线圈另一端和工作电源3连接，工作电源3分别输出直流电源VCC和VDD。

A相电压取样电阻R1A一端与三相电源UA连接，A相电压取样电阻R1A另一端与A相取样变压器L2A的初级线圈一端连接，A相取样变压器L2A的初级线圈另一端接地；B相电压取样电阻R1B一端与三相电源UB连接，B相电压取样电阻R1B另一端与B相取样变压器L2B的初级线圈一端连接，B相取样变压器L2B的初级线圈另一端接地； C相电压取样电阻R1C一端与三相电源UC连接，C相电压取样电阻R1C另一端与C相取样变压器L2C的初级线圈一端连接，C相取样变压器L2C的初级线圈另一端接地,。

A相电流取样互感器L3A设置在三相电源UA上，A相电流取样互感器L3A两端与A相取样变压器L4A两端连接并且A相电流取样互感器L3A和A相取样变压器L4A的一端接地；B相电流取样互感器L3B设置在三相电源UB上，B相电流取样互感器L3B两端与B相取样变压器L4B两端连接并且B相电流取样互感器L3B和B相取样变压器L4B的一端接地；C相电流取样互感器L3C设置在三相电源UC上，C相电流取样互感器L3C两端与C相取样变压器L4C两端连接并且C相电流取样互感器L3C和C相取样变压器L4B的一端接地。

变压器L5、A相取样变压器L2A、B相取样变压器L2B、C相取样变压器L2C、A相取样变压器L4A、B相取样变压器L4B、C相取样变压器L4C的次级线圈与对应的取样保护幅值校正相位校正电路连接， 取样保护幅值校正相位校正电路连接输出与智能控制器连接，A相取样变压器L2A、B相取样变压器L2B、C相取样变压器L2C对应的取样保护幅值校正相位校正电路与零序电压取样与幅值校正电路连接，A相取样变压器L4A、B相取样变压器L4B、C相取样变压器L4C对应的取样保护幅值校正相位校正电路与零序电流取样与幅值校正电路连接，零序电压取样与幅值校正电路连接和零序电流取样与幅值校正电路连接输出与智能控制器连接，断路器分合闸驱动和传动部件分别与断路器本体部件S和智能控制器连接由智能控制器控制断路器本体部件S通断。

基于接地精准判断的户外式高压智能断路器还包含GPRS通信部件，GPRS通信部件与智能控制器连接。

取样保护幅值校正相位校正电路为，保护压敏器件D1正极、电阻R3一端、校正基值电阻R4一端、幅值校正电阻R5一端与工作电源的工作地连接，保护压敏器件D1负极与电阻R3另一端、校正基值电阻R6一端、相位校正电容器C1一端连接，校正基值电阻R6另一端与校正基值电阻R4另一端、可调电阻R7一端连接，可调电阻R7另一端与电阻R8一端连接，电阻R8另一端与相位校正电容器C1另一端、运算放大器T1正极连接，幅值校正电阻R5另一端与运算放大器T1负极、幅值校正电阻R9一端连接，幅值校正电阻R9另一端与可调电阻R10一端连接，可调电阻R10另一端与运算放大器T1输出端连接，运算放大器T1工作电压两端分别与直流电源VCC和VDD连接。

零序电压取样与幅值校正电路为，零序电压合成电阻R11、R12、R13并联并且零序电压合成电阻R11、R12、R13的一端与运算放大器T2负极、零序电压幅值校正电阻R14一端连接，零序电压幅值校正电阻R14另一端与可调电阻R15一端连接，可调电阻R15另一端与运算放大器T2输出端和智能控制器连接，运算放大器T2正极接工作地，运算放大器T2工作电压两端分别与直流电源VCC和VDD连接。

零序电流取样与幅值校正电路为，零序电流合成电阻R16、R17、R18并联并且零序电流合成电阻R16、R17、R18的一端与运算放大器T3负极、零序电流幅值校正电阻R19一端连接，零序电流幅值校正电阻R19另一端与可调电阻R20一端连接，可调电阻R20另一端与运算放大器T3输出端和智能控制器连接，运算放大器T3正极接工作地，运算放大器T3工作电流两端分别与直流电源VCC和VDD连接。

具体地为：

与变压器L5对应的取样保护幅值校正相位校正电路为，保护压敏器件D1A正极、电阻R3A一端、校正基值电阻R4A一端、幅值校正电阻R5A一端与工作电源的工作地连接，保护压敏器件D1A负极与电阻R3A另一端、校正基值电阻R6A一端、相位校正电容器C1A一端连接，校正基值电阻R6A另一端与校正基值电阻R4A另一端、可调电阻R7A一端连接，可调电阻R7A另一端与电阻R8A一端连接，电阻R8A另一端与相位校正电容器C1A另一端、运算放大器T1A正极连接，幅值校正电阻R5A另一端与运算放大器T1A负极、幅值校正电阻R9A一端连接，幅值校正电阻R9A另一端与可调电阻R10A一端连接，可调电阻R10A另一端与运算放大器T1A输出端连接，运算放大器T1A工作电压两端分别与直流电源VCC和VDD连接。变压器L5的次级线圈分别与保护压敏器件D1A的正负极连接。可调电阻R10A另一端和运算放大器T1A的输出端与智能控制器1连接。

与A相取样变压器L2A对应的取样保护幅值校正相位校正电路为，保护压敏器件D1B正极、电阻R3B一端、校正基值电阻R4B一端、幅值校正电阻R5B一端与工作电源的工作地连接，保护压敏器件D1B负极与电阻R3B另一端、校正基值电阻R6B一端、相位校正电容器C1B一端连接，校正基值电阻R6B另一端与校正基值电阻R4B另一端、可调电阻R7B一端连接，可调电阻R7B另一端与电阻R8B一端连接，电阻R8B另一端与相位校正电容器C1B另一端、运算放大器T1B正极连接，幅值校正电阻R5B另一端与运算放大器T1B负极、幅值校正电阻R9B一端连接，幅值校正电阻R9B另一端与可调电阻R10B一端连接，可调电阻R10B另一端与运算放大器T1B输出端连接，运算放大器T1B工作电压两端分别与直流电源VCC和VDD连接。A相取样变压器L2A的次级线圈两端分别与保护压敏器件D1B的正负极连接。可调电阻R10B另一端和运算放大器T1B的输出端与智能控制器1和零序电压合成电阻R11的另一端连接。

与B相取样变压器L2B对应的取样保护幅值校正相位校正电路为，保护压敏器件D1C正极、电阻R3C一端、校正基值电阻R4C一端、幅值校正电阻R5C一端与工作电源的工作地连接，保护压敏器件D1C负极与电阻R3C另一端、校正基值电阻R6C一端、相位校正电容器C1C一端连接，校正基值电阻R6C另一端与校正基值电阻R4C另一端、可调电阻R7C一端连接，可调电阻R7C另一端与电阻R8C一端连接，电阻R8C另一端与相位校正电容器C1C另一端、运算放大器T1C正极连接，幅值校正电阻R5C另一端与运算放大器T1C负极、幅值校正电阻R9C一端连接，幅值校正电阻R9C另一端与可调电阻R10C一端连接，可调电阻R10C另一端与运算放大器T1C输出端连接，运算放大器T1C工作电压两端分别与直流电源VCC和VDD连接。B相取样变压器L2B的次级线圈两端分别与保护压敏器件D1C的正负极连接。可调电阻R10C另一端和运算放大器T1C的输出端与智能控制器1和零序电压合成电阻R12的另一端连接。

与C相取样变压器L2C对应的取样保护幅值校正相位校正电路为，保护压敏器件D1D正极、电阻R3D一端、校正基值电阻R4D一端、幅值校正电阻R5D一端与工作电源的工作地连接，保护压敏器件D1D负极与电阻R3D另一端、校正基值电阻R6D一端、相位校正电容器C1D一端连接，校正基值电阻R6D另一端与校正基值电阻R4D另一端、可调电阻R7D一端连接，可调电阻R7D另一端与电阻R8D一端连接，电阻R8D另一端与相位校正电容器C1D另一端、运算放大器T1D正极连接，幅值校正电阻R5D另一端与运算放大器T1D负极、幅值校正电阻R9D一端连接，幅值校正电阻R9D另一端与可调电阻R10D一端连接，可调电阻R10D另一端与运算放大器T1D输出端连接，运算放大器T1D工作电压两端分别与直流电源VCC和VDD连接。C相取样变压器L2C的次级线圈两端分别与保护压敏器件D1D的正负极连接。可调电阻R10D另一端和运算放大器T1D的输出端与智能控制器1和零序电压合成电阻R13的另一端连接。

与A相取样变压器L4A对应的取样保护幅值校正相位校正电路为，保护压敏器件D1E正极、电阻R3E一端、校正基值电阻R4E一端、幅值校正电阻R5E一端与工作电源的工作地连接，保护压敏器件D1E负极与电阻R3E另一端、校正基值电阻R6E一端、相位校正电容器C1E一端连接，校正基值电阻R6E另一端与校正基值电阻R4E另一端、可调电阻R7E一端连接，可调电阻R7E另一端与电阻R8E一端连接，电阻R8E另一端与相位校正电容器C1E另一端、运算放大器T1E正极连接，幅值校正电阻R5E另一端与运算放大器T1E负极、幅值校正电阻R9E一端连接，幅值校正电阻R9E另一端与可调电阻R10E一端连接，可调电阻R10E另一端与运算放大器T1E输出端连接，运算放大器T1E工作电压两端分别与直流电源VCC和VDD连接。A相取样变压器L4A的次级线圈两端分别与保护压敏器件D1E的正负极连接。可调电阻R10E另一端和运算放大器T1E的输出端与智能控制器1和零序电压合成电阻R16的另一端连接。

与B相取样变压器L4B对应的取样保护幅值校正相位校正电路为，保护压敏器件D1F正极、电阻R3F一端、校正基值电阻R4F一端、幅值校正电阻R5F一端与工作电源的工作地连接，保护压敏器件D1F负极与电阻R3F另一端、校正基值电阻R6F一端、相位校正电容器C1F一端连接，校正基值电阻R6F另一端与校正基值电阻R4F另一端、可调电阻R7F一端连接，可调电阻R7F另一端与电阻R8F一端连接，电阻R8F另一端与相位校正电容器C1F另一端、运算放大器T1F正极连接，幅值校正电阻R5F另一端与运算放大器T1F负极、幅值校正电阻R9F一端连接，幅值校正电阻R9F另一端与可调电阻R10F一端连接，可调电阻R10F另一端与运算放大器T1F输出端连接，运算放大器T1F工作电压两端分别与直流电源VCC和VDD连接。B相取样变压器L4B的次级线圈两端分别与保护压敏器件D1F的正负极连接。可调电阻R10F另一端和运算放大器T1F的输出端与智能控制器1和零序电压合成电阻R17的另一端连接。

与C相取样变压器L4C对应的取样保护幅值校正相位校正电路为，保护压敏器件D1G正极、电阻R3G一端、校正基值电阻R4G一端、幅值校正电阻R5G一端与工作电源的工作地连接，保护压敏器件D1G负极与电阻R3G另一端、校正基值电阻R6G一端、相位校正电容器C1G一端连接，校正基值电阻R6G另一端与校正基值电阻R4G另一端、可调电阻R7G一端连接，可调电阻R7G另一端与电阻R8G一端连接，电阻R8G另一端与相位校正电容器C1G另一端、运算放大器T1G正极连接，幅值校正电阻R5G另一端与运算放大器T1G负极、幅值校正电阻R9G一端连接，幅值校正电阻R9G另一端与可调电阻R10G一端连接，可调电阻R10G另一端与运算放大器T1G输出端连接，运算放大器T1G工作电压两端分别与直流电源VCC和VDD连接。C相取样变压器L4C的次级线圈两端分别与保护压敏器件D1G的正负极连接。可调电阻R10G另一端和运算放大器T1G的输出端与智能控制器1和零序电压合成电阻R18的另一端连接。

线电压精准取样原理：A、C相线电压经线电压取样变压器L1一次降压又经电阻R2、变压器L5二次降压，在变压器L5的次级输出，经保护压敏器件D1、电阻R3过电压限制保护之后，校正基值电阻R6与校正基值电阻R4的阻值比值确定精度校正的基值，幅值校正电阻R9与可调电阻R10和幅值校正电阻R5、运算放大器T1组成一个比例电路，通过调节可调电阻R10校正线电压取样产生的幅值误差。相位校正电容器C1、可调电阻R7、电阻R8与运算放大器T1组成一个微分电路，通过调节可调电阻R7校正线电压取样产生的相位误差。取样线电压经校正后由运算放大器T1输出端接至智能控制器1。

相电压精准取样原理：A相电压UA经A相电压取样电阻R1A降压与A相取样变压器L2A电气隔离（B相电压UB经B相电压取样电阻R1B降压与B相取样变压器L2B电气隔离，C相电压UC经C相电压取样电阻R1C降压与C相取样变压器L2C电气隔离）后，经保护压敏器件D1B、电阻R3B过电压限制保护之后，校正基值电阻R6B与校正基值电阻R4B的阻值比值确定精度校正的基值，幅值校正电阻R9B与可调电阻R10B和幅值校正电阻R5B、运算放大器T1B组成一个比例电路，通过调节可调电阻R10B校正相电压取样产生的幅值误差。相位校正电容器C1B、可调电阻R7B、电阻R8B与运算放大器T1B组成一个微分电路，通过调节可调电阻R7B校正相电压取样产生的相位误差。A相取样电压经校正后由运算放大器T1B输出端接至智能控制器1和零序电压合成电阻R11（B相取样电压经校正后由运算放大器T1B输出端接至智能控制器1和零序电压合成电阻R12，C相取样电压经校正后由运算放大器T1B输出端接至智能控制器1和零序电压合成电阻R13）。

相电流精准取样原理：A相电流经A相电流取样互感器L3A一次降流和电气隔离后经A相取样变压器L4A二次降流和电气隔离（B相电流经B相电流取样互感器L3B一次降流和电气隔离后经B相取样变压器L4B二次降流和电气隔离，C相电流经C相电流取样互感器L3C一次降流和电气隔离后经C相取样变压器L4C二次降流和电气隔离）后，经保护压敏器件D1E、电阻R3E过电压限制保护之后，校正基值电阻R6E与校正基值电阻R4E的阻值比值确定精度校正的基值，幅值校正电阻R9E与可调电阻R10E和幅值校正电阻R5E、运算放大器T1E组成一个比例电路，通过调节可调电阻R10E校正相电流取样产生的幅值误差。相位校正电容器C1E、可调电阻R7E、电阻R8E与运算放大器T1E组成一个微分电路，通过调节可调电阻R7E校正相电流取样产生的相位误差。A相取样电流经校正后由运算放大器T1E输出端接至智能控制器1和零序电压合成电阻R16（B相取样电流经校正后由运算放大器T1E输出端接至智能控制器1和零序电压合成电阻R17，C相取样电流经校正后由运算放大器T1E输出端接至智能控制器1和零序电压合成电阻R18）。

零序电压精准取样原理：A、B、C三相电压分别经零序电压合成电阻R11、R12、R13在运算放大器T2的负极相加产生零序电压，经零序电压幅值校正电阻R14、可调电阻R15、运算放大器T2组成的幅值校正后由运算放大器T2的输出端接至智能控制器1，调节可调电阻R15改变输出幅值。

零序电流精准取样原理：A、B、C三相电流分别经零序电流合成电阻R16、R17、R18在运算放大器T3的负极相加产生零序电流，经零序电流幅值校正电阻R19、可调电阻R20、运算放大器T3组成的幅值校正后由运算放大器T3的输出端接至智能控制器1，调节可调电阻R20改变输出幅值。

接地精准判断原理：智能控制器1对运算放大器T1A输出的线电压模拟量，运算放大器T1B、T1C、T1D输出的电压模拟量、运算放大器T1E、T1F、T1G输出的相电流模拟量、运算放大器T2输出的零序电压模拟量和运算放大器T3输出的零序电流模拟量的幅值和相位进行数字化处理，在相关参数准确测量的基础上，从而根据相关规则精准判断高压线路的状态（接地/不接地）、接地的相别（A相/B相/C相）、接地的位置（电源侧/负载侧）、接地的性质（金属性接地/弧光性接地）、接地的状况（接地电流大小及弧光性接地过电压状况）。

智能化原理：智能控制器1在接地精准判断的基础上，通过GPRS通信部件4发出接地状态信号，并根据接地状态通过断路器分合闸驱动和传动部件2对断路器本体部件S进行分闸，实现接地保护。智能控制器1在采集线电压、相电压、相电流的基础上，并通过断路器分合闸驱动和传动部件2、GPRS通信部件4，实现测量、控制、保护、信号、远动、自诊断等综合自动化（或智能化）功能，作为配用电电网自动化系统中重合器、分界器等。

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