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    故障電弧探測(cè)器在電氣防火中的作用與應(yīng)用介紹

    更新時(shí)間:2024-03-22      點(diǎn)擊次數(shù):326

    0引言

         由最近幾年的火災(zāi)調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,我國(guó)每 30% 以上的火災(zāi)事故是由電氣火災(zāi)直接引起的,有效地預(yù)防電氣火災(zāi)對(duì)于保障人民生命和財(cái)產(chǎn)安全具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前,我國(guó)正大力發(fā)展電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)以預(yù)防電氣火災(zāi)?,F(xiàn)階段廣泛使用的預(yù)警系統(tǒng)重點(diǎn)是對(duì)電氣線路進(jìn)行監(jiān)控,監(jiān)測(cè)配電線路的剩余電流和溫度兩類信號(hào),在預(yù)防電氣火災(zāi)發(fā)生方面取得了一定成效。但因?yàn)樘綔y(cè)手段單一,新技術(shù)推廣應(yīng)用力度小,監(jiān)測(cè)范圍面小等原因,致使該措施仍有一定的局限性。為了更好地解決這一問(wèn)題,通過(guò)對(duì)大量電氣火災(zāi)的起火原因進(jìn)一步分析得知,電氣起火的 

    要部位是電氣線路和用電設(shè)備,主要是短路、接觸不良、漏電、過(guò)載等故障引起。因此這幾類故障都應(yīng)作為我們下一階段的防控重點(diǎn)。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)也應(yīng)具備應(yīng)對(duì)這種故障的預(yù)警能力。國(guó)內(nèi)科研成故障電弧式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)"對(duì)電氣線路和用電設(shè)備接觸不良、短路接地故障所產(chǎn)生的電弧具有很高的識(shí)別能力。大力推廣并應(yīng)用這種新技術(shù)將對(duì)我國(guó)的電氣火災(zāi)預(yù)防具有重要的意義。

    1重特大電氣火災(zāi)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

    1.1電氣火災(zāi)場(chǎng)所分布

         電氣火災(zāi)發(fā)生場(chǎng)所所占比例分析如1所示。由1可見(jiàn),工廠發(fā)生電氣火災(zāi)的比例較大, 商業(yè)建筑次之,住宅、賓館、寫(xiě)字樓及其他場(chǎng)所所占比例約10%。因此,應(yīng)將工廠、商業(yè)建筑、住宅作為電氣火災(zāi)的重點(diǎn)防護(hù)對(duì)象。

    img1 

     

     1 電氣火災(zāi)發(fā)生場(chǎng)所比例

    1.2電氣火災(zāi)發(fā)生部位

        電氣火災(zāi)發(fā)生部位所占比例分析如2所示。由2可見(jiàn),電氣火災(zāi)可能發(fā)生于電氣系統(tǒng)的電氣線路、用電設(shè)備、電氣設(shè)備及其他部位。電氣線路年久老化、不規(guī)范施工等,容易導(dǎo)致電氣火災(zāi);用電設(shè)備導(dǎo)致的電氣火災(zāi)所占比例次之。電氣設(shè)備有專用的變電所、變電房,且一般有專人管理,火災(zāi)概率僅10%。綜上,電氣火災(zāi)中的防護(hù)重點(diǎn)應(yīng)集中在電氣線路和用電設(shè)備兩大部位,以電氣線路的防護(hù)為主,以加強(qiáng)用電設(shè)備的安全使用、管理為輔,可以避免大部分的電氣火災(zāi)。

    img2 

     

     2 電氣火災(zāi)發(fā)生部位比例分析

    1.3電氣火災(zāi)起火原因分析

        電氣火災(zāi)的起火原因主要分為突發(fā)性故障和漸變性故障兩種,起火原因所占比例如3 所示。突發(fā)性故障有短路和雷擊,其中短路原因中相間短路故障和金屬接地性短路故障各 50% 。突發(fā)性故障主要由配電系統(tǒng)解(如空氣斷路器、漏電斷路器),部分配電系統(tǒng)無(wú)法處理的突發(fā)性故障,如電弧性短路故障可由電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)作為輔助性監(jiān)控手段,預(yù)防突變性故障引發(fā)電氣火災(zāi)。漸變性故障有過(guò)熱、接觸不良、過(guò)負(fù)荷、電氣故障、漏電等。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)主要解決漸變性故障,通過(guò)采用多種探測(cè)技術(shù)相配合的方法,對(duì)配電系統(tǒng)及用電設(shè)備進(jìn)行全面監(jiān)視,能很好地避免此類故障,從而減少電氣火災(zāi)的發(fā)生。

    img3 

     

     3 起火原因比例分析

    2預(yù)防電氣火災(zāi)的關(guān)鍵探測(cè)技術(shù)

    2.1剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器

        剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器如4所示。

    img4 

     

    4 剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器

         剩余電流為電氣火災(zāi)發(fā)生的主要原因之一,剩余電流式電氣火災(zāi)探測(cè)器通過(guò)監(jiān)測(cè)配電回路的剩余電流來(lái)預(yù)防配電回路的接地性故障,同時(shí)對(duì)配電線路和用電設(shè)備的絕緣進(jìn)行監(jiān)測(cè),其次也為配回路判斷正常泄放電流提供了參考依據(jù)。

         剩余電流式電氣火災(zāi)探測(cè)器可以對(duì)整個(gè)配電回路的泄漏電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通常布置在一級(jí)或二級(jí)配電系統(tǒng)中,也可布置到三級(jí)配電系統(tǒng),從而更準(zhǔn)確地定位故障部位,為接地故障的排查工作提供便捷。

     

    2.2剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器

         測(cè)溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器如 5 所示。

    img5 

    5 測(cè)溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器

         過(guò)熱也是產(chǎn)生電氣火災(zāi)的主要原因之一,測(cè)溫式電氣火災(zāi)探測(cè)器主要針對(duì)過(guò)熱故障進(jìn)行防控。常用的測(cè)溫式電氣火災(zāi)探測(cè)器按照其探測(cè)區(qū)域可分為基于點(diǎn)式的測(cè)溫探測(cè)( 如熱電偶、鉑電) ,基于線式的測(cè)溫探測(cè)( 如光纖感溫、感溫電) 和基于面式的測(cè)溫探測(cè)( 如紅外熱像) 。這些探測(cè)器通過(guò)監(jiān)測(cè)配電系統(tǒng)中某一配電裝置或用電設(shè)( 配電柜、配電箱、配電線路連接部位、用電設(shè)備) 的溫度變化超標(biāo)時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào),從而達(dá)到預(yù)防電氣火災(zāi)的目的。其特點(diǎn)是只對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的某一點(diǎn)或局部范圍有效。

         基于點(diǎn)式測(cè)溫探測(cè)器一般布置在一級(jí)、二級(jí)配電柜或配電箱內(nèi)的電纜和配電設(shè)備連接處,用于監(jiān)測(cè)電氣接點(diǎn)處的溫度變; 也可布置于配電柜或配電箱的頂端,用于監(jiān)測(cè)整個(gè)柜子的溫度變; 還可布置在系統(tǒng)中關(guān)鍵設(shè)備和關(guān)鍵線路易出現(xiàn)過(guò)溫的故障點(diǎn)。

         基于線式測(cè)溫探測(cè)器一般布置在敷設(shè)線纜的橋架、地下電纜管道、豎井等處,用于對(duì)敷設(shè)線纜的溫度進(jìn)行監(jiān)控。也可布置于大型的變配電設(shè)備、用電設(shè)備等易發(fā)生過(guò)熱的部位,如變壓器、電動(dòng)機(jī)等。

         基于面式測(cè)溫探測(cè)器一般采用紅外測(cè)溫技術(shù),其工作原理: 一切溫度高于零度的物體都在不停地向周?chē)臻g發(fā)射出紅外輻射能量,物體紅外能量輻射的大小及波長(zhǎng)的分布與其表面的溫度有著密切關(guān)系,因此通過(guò)對(duì)物體自身輻射紅外能量的測(cè)量就能得到其溫度。紅外熱像儀就是由多個(gè)紅外探測(cè)傳感器組成的矩陣實(shí)現(xiàn)的。這類探測(cè)器一般價(jià)格比較高,適合配置于安全級(jí)別和可靠性要求較高的配電裝或用電設(shè)備。

     

    2.3熱解粒子式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器

         熱解粒子式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器如 6 所示。

    img6 

     

    6熱解粒子式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器

         熱解粒子顧名思義就是物質(zhì)受熱時(shí)分解出的粒子,粒子是由能夠以自由狀態(tài)存在的較小物質(zhì)組成。無(wú)論何種原因引起的電氣火災(zāi),都體現(xiàn)為導(dǎo)體發(fā)熱。低壓配電柜內(nèi)發(fā)生電氣故障時(shí)主要的發(fā)熱體是電線與保護(hù)電器,在低壓配電柜內(nèi)發(fā)熱分解出的粒子主要是煙粒子及氣體粒子。利用粒徑分析儀器進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)材( 電線與保護(hù)電) 存在臨界熱解溫度。低于該溫度,熱解產(chǎn)生的煙氣量極低,無(wú)法進(jìn)行可靠探測(cè); 當(dāng)受熱溫度高于該臨界溫度后,煙氣開(kāi)始加劇析出。電線及保護(hù)電器材料的臨界溫度一般 150  220 。通過(guò)光學(xué)煙密度計(jì),測(cè)量該溫度區(qū)間的煙粒子濃度響應(yīng)范圍0 02% obs/m  0 52% obs/m。前可對(duì)該范圍煙粒子濃度進(jìn)行早期探測(cè)的主要吸氣式探測(cè)器和激光探測(cè)器,但這兩種設(shè)備的探測(cè)原理均由激LED 作為光源,探測(cè)器直接根據(jù)散射的狀況作為火災(zāi)判定的依據(jù),無(wú)法避免灰塵、水汽等原因引起的誤報(bào),即使加裝過(guò)濾器也無(wú)法有效避免。試驗(yàn)同時(shí)發(fā)現(xiàn),當(dāng)試驗(yàn)材料受熱達(dá) 150 后,就會(huì)發(fā)出一種燒膠皮、燒塑料的難聞氣味,主要是電線因過(guò)熱燒焦絕緣外皮所散發(fā)的味道,氣味的出現(xiàn)甚至早于煙粒子的析出。低壓配電柜內(nèi)發(fā)生電氣故障時(shí)主要的發(fā)熱體是電線與保護(hù)電器,發(fā)出難聞氣味的也主要是電線的聚氯乙( PVC) 絕緣外皮及保護(hù)電器的絕緣護(hù)( ABS) 。熱解粒子式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器是在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的新技術(shù),該技術(shù)不但可以進(jìn)行配電柜內(nèi)電氣火災(zāi)的早期探測(cè),還能很好地解決配電柜內(nèi)灰塵的干擾問(wèn)題 

    2.4故障電弧式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器

        故障電弧式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器如7所示。

    img7 

     

    7 故障電弧式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器

         短路和接觸不良也是產(chǎn)生電氣火災(zāi)的主要原因,大部分短路性故障可以由配電系統(tǒng)功能解決,還有一部分短路性故障表現(xiàn)為短路產(chǎn)生故障電弧。現(xiàn)階段的配電系統(tǒng)還存在一定的盲區(qū),不能對(duì)此類故障進(jìn)行有效地監(jiān)測(cè)與防護(hù),主要原因是短路接觸面或產(chǎn)生故障電弧的線路阻抗限制了短路電流的大小,常使斷路器達(dá)不到動(dòng)作條件。這種故障危害性非常大,致使配電線路的絕緣物質(zhì)迅速碳化起火,或由于局部高溫引燃故障點(diǎn)周?chē)囊兹嘉镔|(zhì)從而產(chǎn)生電氣火災(zāi)。故障電弧式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器是一種能夠識(shí)別故障電弧的電氣火災(zāi)探測(cè)裝置,方便接入現(xiàn)有電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng),能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)被監(jiān)控線路或設(shè)備的電壓、電流及故障電弧數(shù)據(jù),可在故障電弧監(jiān)測(cè)值超出報(bào)警閾值后立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。這種技術(shù)可以有效彌補(bǔ)現(xiàn)有電氣火災(zāi)探測(cè)技術(shù)的不足,通過(guò)提前預(yù)警或切斷故障電源從而有效減少因故障電弧引起的電氣火災(zāi)。

     

    3故障電弧式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器的重要性

    3.1故障電弧探測(cè)器的保護(hù)特性

         傳統(tǒng)的熔斷器和空氣斷路器不能滿足故障電弧檢測(cè)的要求,這是因?yàn)閿嗦菲髦饕且詸z測(cè)短路過(guò)載電流為目的,故障電弧具備在很小電流的情況( 一般大 0 5A) 就引發(fā)火災(zāi)的可能性。對(duì)于小電流并伴隨著有故障電弧發(fā)生的情況,因電流值達(dá)不到保護(hù)裝置熱保護(hù)的動(dòng)作電流值,故保護(hù)裝置不會(huì)動(dòng)作,對(duì)于大電流并伴隨有故障電弧發(fā)生的情況,因燃弧持續(xù)的時(shí)間短,不足以傳統(tǒng)斷路器保護(hù)動(dòng)作,從而引發(fā)電氣火災(zāi)。通常,故障電弧探測(cè)器主要是采用檢測(cè)電壓、電流頻域和時(shí)域的特征來(lái)識(shí)別故障電弧,保護(hù)動(dòng)作受電流的大小影響較小,其特性有別于傳統(tǒng)斷路器。斷路器和故障電弧探測(cè)器保護(hù)特性的區(qū)別如 8所示

    img8 

     

     

     8 斷路器和故障電弧探測(cè)器保護(hù)特性

     

    3.2故障電弧探測(cè)器的作用和意義

         在低壓配電終端線路中常見(jiàn)的 3 類故障電: 串聯(lián)故障電弧、并聯(lián)故障電弧、接地故障電弧。串聯(lián)故障電弧是由于一根導(dǎo)體發(fā)生機(jī)械斷裂、接頭處松開(kāi)或插頭接觸不好等產(chǎn)生,其故障電弧與負(fù)載是串聯(lián)的。并聯(lián)故障電弧是一種短路電弧故障,故障電弧往往是與負(fù)載并聯(lián)的。并聯(lián)電弧電流決定于絕緣損壞程度和線路阻抗的大小,并且往往是間隙性的故障。因而,一般的過(guò)電流和剩余電流保護(hù)裝置是不能檢測(cè)串聯(lián)和并聯(lián)電弧故障的。接地故障電弧發(fā)生于帶電導(dǎo)線接地或因絕緣損壞與接地金屬導(dǎo)體接觸的情況。故障電弧電流的大小與接地電阻大小有關(guān),一般的電氣保護(hù)裝置有時(shí)會(huì)檢測(cè)不到故障,而故障電弧探測(cè)器具備識(shí)別上 3類故障電弧的能力,因此通過(guò)廣泛推廣故障電弧式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器,可以很好地預(yù)防故障電弧引發(fā)的電氣火災(zāi) 

         故障電弧探測(cè)器既可用于電氣線路的監(jiān)控,也可用于對(duì)用電設(shè)備的監(jiān)控,覆蓋了可能發(fā)生電氣火災(zāi)的絕大數(shù)部位。同時(shí)故障電弧式火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器作為一種新型的電氣火災(zāi)探測(cè)裝置,可以有效地對(duì)短路性電弧故障和接觸不良故障進(jìn)行防控,兼有故障報(bào)警和保護(hù)兩種功能,其電弧故障保護(hù)功能是其他保護(hù)電器不可替代的,也是目前電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)中探測(cè)技術(shù) 

    重要補(bǔ)充。故障電弧探測(cè)器將在電氣火災(zāi)防護(hù)中發(fā)揮巨大的作用。

         故障電弧探測(cè)技術(shù)在國(guó)外很早就得到了廣泛地推廣和應(yīng)用,并且取得了很好的電氣火災(zāi)防控效果。典型的產(chǎn)品有故障電弧斷路 AFCI,產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn) UL 1699《電弧故障斷路器》。該技術(shù)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用目前還處于初始階段。我國(guó)GB 14287 42014 的正式發(fā)布有助于該項(xiàng)技術(shù)快速推廣并走向國(guó)內(nèi)應(yīng)用市場(chǎng),進(jìn)一步提升我國(guó)電氣火災(zāi)的防控水平。

     

    4故障電弧探測(cè)器安裝使用及注意事項(xiàng)

    4.1故障電弧探測(cè)器的安裝與使用

         故障電弧探測(cè)器一般安裝于配電線路的末端,或者是用電設(shè)備的供電端。主要保護(hù)對(duì)象是配電線路和用電設(shè)備。通常情況下建議安裝在終端用戶配電箱的入戶端,或者一些大功率用電設(shè)備的供電端。公共照明部分典型設(shè)置示例如9-11所示。

    img9 

     

         故障電弧式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器隸屬于電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng),其本身具備監(jiān)控報(bào)警功能,同時(shí)也能滿足接入現(xiàn)有電氣火災(zāi)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的要求。含有故障電弧探測(cè)器的電氣火災(zāi)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)示意圖如9所示。

    img10 

     

    4.2故障電弧式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器的注意事項(xiàng)

         故障電弧式電氣火災(zāi)探測(cè)器的基本探測(cè)原理是通過(guò)監(jiān)測(cè)電氣回路中電流和電壓特征點(diǎn)的方法來(lái)區(qū)分故障電弧和正常電弧,這就要求被監(jiān)測(cè)線路中某一回路產(chǎn)生故障電弧時(shí)的電流特征參數(shù)能被探測(cè)器區(qū)分,因此,安裝故障電弧探測(cè)器的被保護(hù)線路的分支應(yīng)盡量少。電氣火災(zāi)產(chǎn)生的初期一般是一個(gè)點(diǎn),然后逐漸擴(kuò)大到面,故障電弧探測(cè)器適合小范圍多點(diǎn)布設(shè)。當(dāng)探測(cè)到故障電弧發(fā)生時(shí),發(fā)出報(bào)警的同時(shí)還可立即斷開(kāi)故障點(diǎn)的供電電源,不影響其他用電設(shè)備。

     

    5安科瑞故障電弧探測(cè)器

    5.1概述

        故障電弧探測(cè)器對(duì)接入線路中的故障電?。òü收喜⒙?lián)電弧、故障串聯(lián)電?。┻M(jìn)行有效的檢測(cè),當(dāng)檢測(cè)到線路中存在引起火災(zāi)的故障電弧時(shí),可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的聲光報(bào)警,并將報(bào)警信息傳輸給電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備,以實(shí)現(xiàn)預(yù)警火災(zāi)發(fā)生的目的。

        故障電弧集中顯示單元適用于工業(yè)與民用建筑10KW及其以下的電氣線路,其保護(hù)線路長(zhǎng)度不宜大100米。產(chǎn)品遵循國(guó)標(biāo)GB 14287.4-2014。

     

    5.2 應(yīng)用場(chǎng)合

          適用于醫(yī)院、養(yǎng)老院、學(xué)校、商業(yè)建筑、賓館、工廠、庫(kù)房、圖書(shū)館、辦公室、家庭住宅、以及娛樂(lè)場(chǎng)所等等領(lǐng)域。

     

    5.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    img11 

     

    5.4 系統(tǒng)功能

          1)監(jiān)控設(shè)備能接收多臺(tái)探測(cè)器的剩余電流、溫度信息,報(bào)警時(shí)發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào),同時(shí)設(shè)備上紅報(bào)"指示燈亮,顯示屏指示報(bào)警部位及報(bào)警類型,記錄報(bào)警時(shí)間,聲光報(bào)警一直保持,直至按設(shè)備復(fù)"按鈕或觸摸屏復(fù)"按鍵遠(yuǎn)程對(duì)探測(cè)器實(shí)現(xiàn)復(fù)位。對(duì)于聲音報(bào)警信號(hào)也可以使用觸摸"按鍵手動(dòng)消除。

    img12 

     

          2)當(dāng)被監(jiān)測(cè)回路報(bào)警時(shí),控制輸出繼電器閉合,用于控制被保護(hù)電路或其他設(shè)備,當(dāng)報(bào)警消除后,控制輸出繼電器釋放。

          3)通訊故障報(bào)警:當(dāng)監(jiān)控設(shè)備與所接的任一臺(tái)探測(cè)器之間發(fā)生通訊故障或探測(cè)器本身發(fā)生故障時(shí),監(jiān)控畫(huà)面中相應(yīng)的探測(cè)器顯示故障提示,同時(shí)設(shè)備上的黃"指示燈亮,并發(fā)出故障報(bào)警聲音。電源故障報(bào)警:當(dāng)主電源或備用電源發(fā)生故障時(shí),監(jiān)控設(shè)備也發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)并顯示故障信息,可進(jìn)入相應(yīng)的界面查看詳細(xì)信息并可解除報(bào)警聲響。

    img13 

     

          4)當(dāng)發(fā)生剩余電流、超溫報(bào)警或通訊、電源故障時(shí),將報(bào)警部位、故障信息、報(bào)警時(shí)間等信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中,當(dāng)報(bào)警解除、排除故障時(shí),同樣予以記錄。歷史數(shù)據(jù)提供多種便捷、快速的查詢方法。

    img14 

     

    5.5配置方案

    img15 

    img16 

     

    6結(jié)束語(yǔ)

    要使電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)有效地運(yùn)行,需要應(yīng)用多種探測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)可能引發(fā)電氣火災(zāi)的故障信息,同時(shí)應(yīng)在易產(chǎn)生電氣火災(zāi)的場(chǎng)所廣泛布; 電氣線路、用電設(shè)備為電氣火災(zāi)發(fā)生的重災(zāi)區(qū),應(yīng)作為重點(diǎn)監(jiān)控對(duì)象加以保護(hù); 而因短路、接觸不良、接地性等故障產(chǎn)生的故障電弧又是電氣線路、用電設(shè)備發(fā)生電氣火災(zāi)的主要原因,也是目前電氣防火領(lǐng)域的空白。所以,故障電弧式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器應(yīng)得到積極、大力的推廣,從而有效地 少電氣火災(zāi)的發(fā)生。

     

    參考文獻(xiàn)

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