(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気回路中に接続されて該回路中を流れる電流を遮断する電流遮断回路と、この電流遮断回路と並列に接続され、電流遮断時には前記電流遮断回路に先だって開路して通電電流を前記電流遮断回路に転流する通電回路とを備えた電力用遮断器において、
前記電流遮断開路は、電流遮断時に回路中に電気抵抗を挿入して電流を減衰させる電気抵抗発生器と、この電気抵抗発生器と電気的に直列関係に接続されて減衰した電流を遮断する真空遮断器を備え、
前記電気抵抗発生器は、アーク発生開閉器とし、通電中には閉路して電気抵抗値を実質的に無視できる程度の小さい値とし、遮断時には開路することによりアークを発生させてアーク抵抗回路を形成するように構成し、前記真空遮断器は、前記電気抵抗発生器に発生したアーク抵抗回路の電気抵抗によって電流が減衰したところで開路して電流を遮断するように構成し、
前記アーク発生開閉器と真空遮断器は、密閉シース内に同心的に位置するように直列に並べて設け、
前記通電回路は、前記アーク発生開閉器と真空遮断器の並びの両側に位置させて支持した通電開閉器回路導体片と該通電開閉器回路導体片の途中に設けた通電開閉器を備え、
前記真空遮断器とアーク発生開閉器と通電開閉器を連動させて開閉操作する操作系は、１つの駆動装置によって駆動されて進退する操作ロッドに固着した操作可動板によって、前記アーク発生開閉器の可動側アーク接触子と前記通電開閉器の可動接触子を一体的に進退駆動すると共に、更に、前記可動操作板に起立させたバルブ駆動ロッドと該バルブ駆動ロッドが係合するまでのストロークに不感帯をもって係合する係合板を介して前記真空遮断器の可動ロッドを後退駆動するように構成し、前記通電開閉器を開路させてからアーク発生開閉器を開路してアークを発生させ、その後に前記真空遮断器を開路させるように連動させて前記真空遮断器とアーク発生開閉器と通電開閉器を開閉操作可能に構成したことを特徴とする電力用遮断器。
【請求項２】
請求項１において、前記電気抵抗発生器は、アーク熱により加熱されて圧力が上昇するガスを収容する容器を備え、昇圧したガスをアークに吹き付けるようにしたことを特徴とする電力用遮断器。
【請求項３】
請求項１または２に記載した電力用遮断器を発電機と主変圧器の間に接続し、前記主変圧器および所内用変圧器を前記発電機から切り離すことができるようにしたことを特徴とする発電所電気回路装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力用遮断器および該電力用遮断器を使用した発電所電気回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力系統の事故時に流れる電流を遮断して系統を保護する電力用遮断器は、大電流を瞬時に遮断することができることが必要である。特に、発電機と主変圧器の間に設置されて起動および停止時に開閉し、また、事故時に流れる大きな発電機事故電流を遮断する電力用遮断器は、直流成分を含んだ数万〜数十万アンペア（Ａ）の大電流を遮断する能力が必要である。
【０００３】
このような大電流を遮断する電力用遮断器として使用されるパッファ形ガス遮断器や真空遮断器は、次のような欠点がある。
【０００４】
（ａ）パッファ形ガス遮断器
電流遮断時に接点間に発生する大電流アークに吹き付けて該アークを消弧する高圧ガスのガス圧は、数万Ａの電流遮断において十数万気圧以上を必要とするために、この高圧ガスを得るための動作ストロークが１００〜３００ｍｍのふいごを使用すると、十数万〜数十トンの操作力が必要となり、機器が大型化する。
【０００５】
（ｂ）真空遮断器
電流遮断時に接点間に発生するアーク電圧が低いために、直流成分を含む電流遮断においてアーク抵抗を利用して該直流成分を減衰させることができず、従って、大きな直流成分を含む発電機主回路の遮断に適用することが困難である。また、通電能力が小さく、４０００Ａ以上の大電流が流れる回路に使用することは困難である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の１つの目的は、直流成分を含んだ大電流の通電と遮断を実行する小型の電力用遮断器を提案することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、直流成分を含んだ大電流の遮断を小さい操作力で確実に行うことができる小型の電力用遮断器を提案することにある。
【０００８】
本発明の更に他の目的は、小型の電力用遮断器を使用して所内設備を小型化することができる発電所電気回路装置を提案することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電気回路中に接続されて該回路中を流れる電流を遮断する電流遮断回路と、この電流遮断回路と並列に接続され、電流遮断時には前記電流遮断回路に先だって開路して通電電流を前記電流遮断回路に転流する通電回路とを備えた電力用遮断器において、前記電流遮断開路は、電流遮断時に回路中に電気抵抗を挿入して電流を減衰させる電気抵抗発生器と、この電気抵抗発生器と電気的に直列関係に接続されて減衰した電流を遮断する真空遮断器を備え、前記電気抵抗発生器は、アーク発生開閉器とし、通電中には閉路して電気抵抗値を実質的に無視できる程度の小さい値とし、遮断時には開路することによりアークを発生させてアーク抵抗回路を形成するように構成し、前記真空遮断器は、前記電気抵抗発生器に発生したアーク抵抗回路の電気抵抗によって電流が減衰したところで開路して電流を遮断するように構成し、前記アーク発生開閉器と真空遮断器は、密閉シース内に同心的に位置するように直列に並べて設け、前記通電回路は、前記アーク発生開閉器と真空遮断器の並びの両側に位置させて支持した通電開閉器回路導体片と該通電開閉器回路導体片の途中に設けた通電開閉器を備え、前記真空遮断器とアーク発生開閉器と通電開閉器を連動させて開閉操作する操作系は、１つの駆動装置によって駆動されて進退する操作ロッドに固着した操作可動板によって、前記アーク発生開閉器の可動側アーク接触子と前記通電開閉器の可動接触子を一体的に進退駆動すると共に、更に、前記可動操作板に起立させたバルブ駆動ロッドと該バルブ駆動ロッドが係合するまでのストロークに不感帯をもって係合する係合板を介して前記真空遮断器の可動ロッドを後退駆動するように構成し、前記通電開閉器を開路させてからアーク発生開閉器を開路してアークを発生させ、その後に前記真空遮断器を開路させるように連動させて前記真空遮断器とアーク発生開閉器と通電開閉器を開閉操作可能に構成したことを特徴とする。
【００１２】
また、前記電気抵抗発生器は、アーク熱により加熱されて圧力が上昇するガスを収容する容器を備え、昇圧したガスをアークに吹き付けるようにしたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の発電所電気回路装置は、前記電力用遮断器を発電機と主変圧器の間に接続し、前記主変圧器および所内用変圧器を前記発電機から切り離すことができるようにしたことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の電力用遮断器の一実施の形態における電気的な回路図である。大電流遮断用の真空バルブ（真空遮断器）１はアーク発生用のアーク発生開閉器２と直列接続して遮断回路を構成し、この直列回路には大電流用の通電開閉器３を並列接続して通電回路を構成する。
【００１８】
真空バルブ１は、真空中で開閉する開閉接触子を備える。
【００１９】
アーク発生開閉器２は、電流遮断時に遮断回路を開路することによりアークを発生させて該遮断回路中にアークによる電気抵抗を挿入する開閉接触子を備え、電気抵抗発生器として機能するように構成する。
【００２０】
また、通電開閉器３は、この電力用遮断器の定格電流を流す通電能力の開閉接触子を備え、閉路時には、真空バルブ１とアーク発生開閉器２を直列にした遮断回路の電気抵抗に対して実質的に無視できる程度の十分に小さい電気抵抗の通電回路を並列に形成するように構成する。
【００２１】
このように構成した電力用遮断器は、導通状態とするときには、先ず、真空バルブ１を閉じ、次いでアーク発生開閉器２を閉じ遮断開路を閉路状態とし、その後に通電開閉器３を閉じて通電回路を閉路状態とする。この導通状態では、真空バルブ１および開閉器２，３の各接触子が接触して閉路状態となるが、電流Ｉは、主として、電気抵抗が小さい通電開閉器３により構成した通電回路に分岐してＩ1のように流れる。
【００２２】
そして、系統事故などによって数万〜数十万Ａの大きな事故電流が流れると、検出装置（図示省略）は、これを検出し、この電力用遮断器を開いて事故電流を遮断するように該電力用遮断器に開路指令する。電力用遮断器は、この開路指令を受けると、通電開閉器３の接触子を開離して通電回路を開路することにより事故電流を真空バルブ１とアーク発生開閉器２を直列接続した遮断回路に転流してＩ2のように流し、その後、アーク発生開閉器２の接触子を開離して接触子間にアークを発生させる。事故電流は、このアークを通して流れるが、このアークの電気抵抗により直流成分を含む事故電流を減衰させる。
【００２３】
そして、電流が十分に減衰したところで真空バルブ１の接触子を開離して遮断開路を開路することにより事故電流を遮断する。なお、事故電流が小さいときには、真空バルブ１の接触子が開離する前にアークが消滅して事故電流が遮断されることになる。
【００２４】
図２は、このような電流遮断動作のタイムチャートである。通電開閉器３を開路してからアーク発生開閉器２を開路するまでの時間ｔ1およびアーク発生開閉器２を開路してから真空バルブ１を開路するまでの時間ｔ2は、遮断器の仕様に応じて適宜に設定すべきである。
【００２５】
通電開閉器３の通電回路に流れる大きな事故電流を無アークで真空バルブ１とアーク発生開閉器２の遮断回路に転流するためには、アーク発生開閉器２の接触子が開離することにより発生するアークの電圧が高まる前に転流を完了させなければならないが、事故電流を減衰させる抵抗をアーク発生開閉器２により発生させたアークによって回路中に挿入する構成は、アーク発生開閉器２の接触子が開離した直後まではアーク電圧が低いために事故電流の転流を無アークで確実に実現することができる。そして、転流後は、アーク発生開閉器２の接触子の開離距離が増加してアークの電気抵抗値が増加することにより、このアークは、事故電流を効果的に減衰するように作用する。
【００２６】
この大きな事故電流を固体抵抗器で減衰させようとすると、大きな電流容量を必要とすることから極めて大型の抵抗器が必要となるが、アークの電気抵抗を利用することにより、小型に構成することができる。
【００２７】
図３は、このような大電流遮断能力を備えた本発明になる電力用遮断器の縦断側面図、図４は、同横断平面図である。また、図５は、図３におけるアーク発生開閉器の部分を拡大して示す断面図、図６は、図４における通電開閉器の部分を拡大して示す平面図である。
【００２８】
この電力用遮断器は、基板１１に取り付けた密閉シース１２の両端に該両端を貫通するように支持碍子１３，１４を介して取り付けた主回路端子１５，１６間に前記前記真空バルブ１とアーク発生開閉器２と通電開閉器３（３Ａ，３Ｂ）を実装し、主回路端子１５，１６によつて外部回路に接続するように構成する。
【００２９】
真空バルブ１は、導電性の固定ロッド１ａの内端に設けた固定接触子１ｂと導電性の可動ロッド１ｃの内端に設けた可動接触子１ｄを絶縁性の真空容器１ｅ内に内蔵する。この真空バルブ１の固定ロッド１ａの外端部は、真空容器１ｅの端板を気密状態に貫通させて外部に導出して支持導体１７にねじ止めし、通電開閉器回路導体片１８，１９を介して前記主回路端子１５に固定し、可動ロッド１ｃの外端部は、真空容器１ｅの端部に設けた摺動集電子１ｆを摺動可能に貫通させて外部に導出し、その外端に係合板２０をねじ止めして取り付ける。摺動集電子１ｆの軸方向内側は、可動ロッド１ｃとの間にベローズ１ｇを介在させて気密構造とする。摺動集電子１ｆは、Ｕ字状の支持導体２１の一方の脚部を貫通させて該脚部に結合することにより固定する。
【００３０】
支持導体２１は、その底部を支持碍子２２を介して基板１１に取り付けて固定する。
【００３１】
アーク発生開閉器２は、前記支持導体２１の他方の脚部を貫通して前記真空バルブ１と同心的に位置するように該脚部にねじ止めにより取り付ける。
【００３２】
このアーク発生開閉器２は、図５に拡大して示すように、パッファ形ガス遮断器と同様の形態に構成する。具体的には、開放端の外周にフランジ２ａを形成した有底円筒状の熱パッファ容器２ｂと、フランジ２ａにねじ止めして熱パッファ容器２ｂの開口に位置するように取り付けた固定側アーク接触子２ｃと、この固定側アーク接触子２ｃを包囲するように取り付けた絶縁性のパッファノズル２ｄと、導電性の操作可動板２３に起立するように取り付けられ、この操作可動板２３が進退することにより前記パッファノズル２ｄ内を進退して前記固定側アーク接触子２ｃと離接する可動側アーク接触子２ｅを備える。
【００３３】
このアーク発生開閉器２の固定側アーク接触子２ｃと前記真空バルブ１の電気的な接続は、前記支持導体２１を介して実現する。
【００３４】
熱パッファ容器２ｂのフランジ２ａと前記係合板２０の間には、この熱パッファ容器２ｂの円筒部の外周を取り巻くように蔓巻きばね２４を圧縮状態に介在させ、その伸力によって可動接触子１ｄを固定接触子１ｂに接触させるように可動ロッド１ｃを押圧する。
【００３５】
前記操作可動板２３は、操作ロッド２５の先端に固着する。この操作ロッド２５は、ブラケット２６に設けた摺動軸受２７により進退自在に支持する。ブラケット２６は、基板１１に固定した中空の支持碍子２８によって絶縁状態に支持する。このブラケット２６は、操作レバー機構２９を転角自在に支持し、この操作レバー機構２９は、前記操作ロッド２５と支持碍子２８内を貫通する絶縁性の駆動部連結操作ロッド３０の間に介在して該駆動部連結操作ロッド３０を上下動することにより前記操作ロッド２５を進退させるように両者を連結する。
【００３６】
支持導体２１の脚部の先端部とブラケット２６の間には絶縁ロッド３１を介在させることにより、支持導体２１の姿勢を安定させるようにする。
【００３７】
環状の中継板３２は、前記蔓巻きばね２４の外周に位置するようにバルブ駆動用中継絶縁ロッド３３〜３５によって前記操作可動板２３に取り付け、この中継板３２に起立させたバルブ駆動ロッド３６〜３８を前記係合板２０にすきまばめ状態となるように貫通させ、このバルブ駆動ロッド３６〜３８の先端に形成した径大の頭部３６ａ〜３８ａが該バルブ駆動ロッド３６〜３８を後退させるときに係合板２０に係合して該係合板２０を蔓巻きばね２４の伸力に逆らって引っ張ることにより、真空バルブ１の可動接触子１ｄを固定接触子１ｂから開離するように構成する。
【００３８】
前記主回路端子１５から密閉シース１２内に伸びる前記通電開閉器回路導体片１８，１９は、支持碍子３９〜４２によって密閉シース１２に取り付けて前記真空バルブ１とアーク発生開閉器２の両側に位置するように支持する。
【００３９】
そして、この通電開閉器回路導体片１８，１９の各先端には、図６に拡大して示すように、通電開閉器３Ａ，３Ｂの固定接触子３ａ，３ｂを取り付ける。通電開閉器３Ａ，３Ｂの可動接触子３ｃ，３ｄは、操作可動板２３の両側端に取り付けた導電性の可動子３ｅ，３ｆの両側端部に取り付け、この可動子３ｅ，３ｆを操作可動板２３と共に進退させて前記固定接触子３ａ，３ｂと離接するように構成する。この通電開閉器３Ａ，３Ｂは、固定接触子３ａ，３ｂと可動接触子３ｃ，３ｄが接触した閉路状態では、電気抵抗値が実質的に無視できる程度の小さい値となるように構成する。
【００４０】
また、主回路端子１６から密閉シース１２内に伸びる通電開閉器回路導体片４３，４４は、ブラケット２６の両側を通って前記可動子３ｅ，３ｆと対向するように該ブラケット２６によって支持する。この通電開閉器回路導体片４３，４４の先端部には、前記可動子３ｅ，３ｆに摺動可能に接触する導電性の固定接触子４５，４６を取り付ける。
【００４１】
密閉シース１２内には、ＳＦ6ガスまたは窒素ガスを１〜２気圧程度の圧力となるように封入する。このガスは、熱パッファ容器２ｂ内にも充満する。
【００４２】
駆動部連結操作ロッド３０は、基板１１の下側に気密状態に取り付けた駆動装置４７によって駆動する。この駆動装置４７は、詳細な図示説明は省略するが、一般的な遮断器で使用する油圧駆動機構や空気圧駆動機構または電動駆動機構と同様な機構を使用して構成することができる。
【００４３】
このように構成した電力用遮断器は、通電状態とするときには、駆動装置４７によって駆動部連結操作ロッド３０を引き下げることにより操作レバー２９を時計方向に転角させて実線で示す状態にする。この状態では、操作ロッド２５が前進（図中右方向に移動）するので操作可動板２３も同様に前進し、この操作可動板２３にバルブ駆動用中継絶縁ロッド３３〜３５を介して取り付けられた中継板３２も前進してバルブ駆動ロッド３６〜３８が前進することから、係合板２０はバルブ駆動ロッド３６〜３８の頭部３６ａ〜３８ａから解放され、真空バルブ１は、可動ロッド１ｃが蔓巻きばね２４によつて押されて可動接触子１ｄを固定接触子１ｂに接触させて閉路状態となる。また、アーク発生開閉器２は、可動側アーク接触子２ｅがパッファノズル２ｄ内を通って前進して固定側アーク接触子２ｃに接触して閉路状態となる。更に、通電開閉器３Ａ，３Ｂは、可動接触子３ｃ，３ｄが前進して固定接触子３ａ，３ｂに接触して閉路状態となる。
【００４４】
このように真空バルブ１とアーク発生開閉器２と通電開閉器３Ａ，３Ｂが閉じた状態では、主回路端子１５，１６間の電気的な通路は、主回路端子１５から通電開閉器回路導体片１８，１９と通電開閉器３Ａ，３Ｂと固定接触子４５，４６と通電開閉器回路導体片４３，４４を通って主回路端子１６に至る通電回路と、主回路端子１５から通電開閉器回路導体片１８，１９と支持導体１７と真空バルブ１と支持導体２１とアーク発生開閉器２と操作可動板２３と通電開閉器３Ａ，３Ｂの可動子３ｅ，３ｆと固定接触子４５，４６と通電開閉器回路導体片４３，４４を通って主回路端子１６に至る遮断回路が並列的に形成される。この状態で、主回路端子１５，１６間に流れる電流は、主として、電気抵抗が十分に小さい通電回路に流れる。
【００４５】
そして、事故電流を遮断するときには、駆動装置４７によって駆動部連結操作ロッド３０を押し上げることにより操作レバー２９を反時計方向に転角させて鎖線で示す状態にする。このような状態にすると、操作ロッド２５が後退（図中左方向に移動）するので操作可動板２３も同様に後退する。操作可動板２３が後退すると、アーク発生開閉器２の可動側アーク接触子２ｅと通電開閉器３Ａ，３Ｂの可動子３ｅ，３ｆとバルブ駆動ロッド３６〜３８も同様に後退し、先ず、通電開閉器３Ａ，３Ｂの可動接触子３ｃ，３ｄが固定接触子３ａ，３ｂから開離する。これにより、通電回路は開路状態となり、主として通電回路に流れていた電流は、アーク発生開閉器２と真空バルブ１を含む遮断回路に転流する。
【００４６】
次いで、パッファノズル２ｄ内を後退する可動側アーク接触子２ｅが固定側アーク接触子２ｃから開離することにより、この可動側アーク接触子２ｅと固定側アーク接触子２ｃの間にアークが発生する。このアークは、事故電流を減衰させる抵抗器として作用する。また、このアークにより発生する熱は、熱パッファ容器２ｂ内のガスを加熱して該ガスを熱膨張させることにより昇圧して前記アークに吹き付ける。
【００４７】
更に操作可動板２３が後退すると、バルブ駆動ロッド３６〜３８の頭部３６ａ〜３８ａが係合板２０に係合して該係合板２０を引っ張ることにより、真空バルブ１の可動ロッド１ｃが蔓巻きばね２４の伸力に逆らって後退して可動接触子１ｄが固定接触子１ｂから開離し、アークの電気抵抗によって減衰した事故電流を遮断する。
【００４８】
このような電流遮断動作のタイミングは、通電開閉器３を開いてからアーク発生開閉器２を開くまでのタイミングを、通電開閉器３における固定接触子３ａ，３ｂと可動接触子３ｃ，３ｄの接触状態での摺動ストローク量とアーク発生開閉器２における固定側アーク接触子２ｃと可動側アーク接触子２ｄの接触状態での摺動ストローク量の差によって設定し、アーク発生開閉器２が開いてから真空バルブ１が開くまでのタイミングを、アーク発生開閉器２が開いてからバルブ駆動ロッド３６〜３８の頭部３６ａ〜３８ａが係合板２０に係合するまでの操作系の不感帯のストローク量によって設定することにより、真空遮断器１とアーク発生開閉器２と通電開閉器３を連動させて１つの駆動装置４７により開閉操作することができる。
【００４９】
そして、アーク発生開閉器２の固定側アーク接触子２ｃと可動側アーク接触子２ｅとの間に発生したアークに対するガス吹き付けは、熱パッファ容器２ｂ内のガスを前記アークの熱によって加熱して熱膨張させて昇圧することにより吹き出させて実現するようにしているので、駆動装置４７による操作力を小さくすることができる。
【００５０】
このような電力用遮断器は、発電所における発電機と主変圧器の間の発電機主回路に接続して低電圧大電流を断続する用途に好適である。
【００５１】
図７は、本発明の電力用遮断器を設置した発電所における電気機器の配線の一実施の形態を示す電気回路図である。発電機７１は、本発明の電力用遮断器を使用した発電主回路用遮断器７２と主変圧器７３と遮断器７４と断路器７５を順次に介して送電線７６に接続する。所内電源は、発電機７１と発電主回路用遮断器７２の間の発電主回路から受電して、所内変圧器７７および遮断器７８を順次に介して所内配電線７９に供給するように構成する。
【００５２】
そして、発電主回路用遮断器７２は、発電機７１が停止するときや起動するときや故障したときに作動させる。すなわち、発電機７１が停止するときや故障したときには開路して負荷電流を遮断し、起動するときには発電機７１が所定の回転速度に上昇してから閉路する。
【００５３】
このような発電所の電気機器によれば、発電所の設備を小型化することができる。
【００５４】
また、この電力用遮断器は、揚水発電所における発電電動機と主変圧器の間に直列に接続して使用することもできる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明の電力用遮断器によれば、直流成分を含んだ大電流の通電と遮断を実行する電力用遮断器を小型にすることができる。
【００５６】
また、本発明の電力用遮断器は、直流成分を含んだ大電流の遮断を小さい操作力で確実に行うことができる小型の電力用遮断器とすることができる。
【００５７】
また、本発明によれば、小型の電力用遮断器を使用することにより所内設備を小型化することができる発電所電気回路装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電力用遮断器の一実施の形態における電気的な回路図である。
【図２】図１２に示した電力用遮断器における電流遮断動作のタイムチャートである。
【図３】本発明になる電力用遮断器の縦断側面図である。
【図４】図３に示した電力用遮断器の横断平面図である。
【図５】図３におけるアーク発生開閉器の部分を拡大して示す断面図である。
【図６】図４における通電開閉器の部分を拡大して示す平面図である。
【図７】本発明の電力用遮断器を設置した発電所における電気機器の配線の一実施の形態を示す電気回路図である。
【符号の説明】
１…真空バルブ、２…アーク発生開閉器、３…通電開閉器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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