JP2004220999A - 密閉型開閉装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可動側通電軸および真空バルブの可動側接点の揺動量を極力小さくして接点表面での偏荷重の低減、および可動側通電軸の支持部における摩擦力の軽減を図った密閉型開閉装置を提供する。
【解決手段】ガスタンク１内部に真空バルブ２が配置されると共に、この真空バルブ２の可動側接点５に可動側通電軸９の一端側が連設され、この可動側通電軸９の他端側に接圧調整バネ１９が設けられる一方、ガスタンク１を貫通して操作棒１７が設けられ、この操作棒１７のガスタンク１外部側に操作機構部１８が、ガスタンク１内部側には絶縁ロッド１１がそれぞれ取り付けられ、この絶縁ロッド１１に圧接調整バネ１９が接合されている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁ガスが充填されたガスタンク内部に、開閉用の一対の接点を備えた真空バルブと、この真空バルブを可動する可動機構部分が配置されてなる密閉型開閉装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気配線の開閉を行うものとして真空遮断器がある（たとえば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載されている従来の真空遮断器は、真空バルブ、絶縁ロッド、接圧調整バネなどの部材一式が大気中にそのまま露出状態で配置されている。
【０００３】
しかし、このように部材一式を大気中に露出状態にした場合には、所定の絶縁破壊電圧を確保する上で装置全体の寸法が大きくなるとともに、大気湿度や大気中に含まれる異物が絶縁ロッドの表面に付着し易く、これによって絶縁ロッド表面の絶縁抵抗が低下して誤動作するなどの不具合が発生する。
【０００４】
これに対処するには、この従来の真空遮断器を構成する部材の内、電気回路部一式をガスタンク内部に配置して装置全体の小型化を図り、さらに絶縁ロッド表面の絶縁抵抗の低下等を有効に防止できるようにした密閉型開閉装置とすることが考えられる。そこで、この従来の真空遮断器をそのままの形態でガスタンクの内部に配置した場合には、図７に示すような密閉型開閉装置を構成することができる。
【０００５】
すなわち、図７において、１は絶縁ガスが内部に充填されたガスタンク、２はガスタンク１の内部において図示しない部材によって固定配置された真空バルブで、そのハウジング３の内部には固定側と可動側の一対の開閉用接点４，５を備えている。８は真空バルブ２の固定側接点４に一体に連設された固定側通電軸、９は真空バルブ２の可動側接点５に一体に連設された可動側通電軸であり、両通電軸８，９はハウジング３を貫通して外部に引き出されている。そして、固定側通電軸８には図示しない主回路の配線が、また、可動側通電軸９にはフレキシブル導体１０を介して図示しない主回路の配線がそれぞれ接続される。
【０００６】
１１は可動側通電軸９の他端側に固定された絶縁ロッドで、後述の操作機構部１８からの操作力を真空バルブ２の可動側接点５に伝達するとともに、可動側通電軸９と接圧調整バネ１９との間を電気的に絶縁している。
【０００７】
なお、１４は一対の接点４，５を覆うアークシールド、１５は可動側通電軸９を挿通支持するためにハウジグ３に形成されたガイド部、１６は真空バルブ２内の気密性を保つためのベローズである。
【０００８】
１７はガスタンク１に形成されたガイド部２０を貫通して配置された操作棒、１８は操作棒１７のガスタンク１外部側に設けられた操作機構部、１９は操作棒１７のガスタンク１内部側に設けられた接圧調整バネである。この接圧調整バネ１９は、真空バルブ２の接点４，５閉極時に適度な圧力で接点４，５間を押圧する役目を果たす。そして、この接圧調整バネ１９が上記の絶縁ロッド１１に接合されている。
【０００９】
ここで、注目すべきは、従来の真空遮断器をそのままの形態でガスタンク１の内部に配置して密閉型開閉装置を構成した場合、可動側通電軸９に絶縁ロッド１１が直接固定され、また、操作棒１７に接圧調整バネ１９が取り付けられて当該バネ１９と絶縁ロッド１１とが接合された形態となっていることである。このため、上記の可動側通電軸９は、真空バルブ２および固定側通電軸８を含めて高圧印加状態に保持される一方、接圧調整バネ１９は絶縁ロッド１１で絶縁されているので、操作棒１７、操作機構部１８、およびガスタンク１壁面を含めて接地電位に保持される。
【００１０】
上記構成において、いま真空バルブ２の両接点４，５が開極状態にあるとし、この状態から操作機構部１８を操作して操作棒１７を図中右側に向けて駆動すると、その駆動力が接圧調整バネ１９、絶縁ロッド１１を介して可動側通電軸９に伝達され、その結果、真空バルブ２の両接点４，５が閉極する。このため、たとえば固定側通電軸８、真空バルブ２の両接点４，５、可動側通電軸９、およびフレキシブル導体１０を通じて主回路に電流が流れる。これとは逆に、操作機構部１８を操作して操作棒１７を図中左側に向けて駆動すると、真空バルブ２の両接点４，５が開極するため、主回路の通電が遮断される。
【００１１】
【特許文献１】
特開平９−１４７７００号公報（第１−５頁、図１−図７）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７に示したように、従来の真空遮断器をそのままの形態でガスタンク１の内部に配置して密閉型開閉装置を構成した場合には、次の課題が生じる。
【００１３】
すなわち、操作棒１７については、その一端が操作機構部１８に、他端がガスタンク１のガイド部２０にそれぞれ支持されており、このような２点支持の状態では軸方向に直交する方向に沿って上下に揺動することは殆どない。
【００１４】
これに対して、可動側通電軸９は真空バルブ２のハウジング３に形成されたガイド部１５によって途中が支持されているものの、可動側通電軸９の一端側は可動側接点５が固定側接点４と対向し、また、他端側は絶縁ロッド１１を介して可撓性のある接圧調整バネ１９に接合しているだけの状態であるので、絶縁ロッド１１から可動側通電軸９を経て可動側接点５に至るまでの各部材全体が真空バルブ２のガイド部１５を支点として軸方向に直交する方向に沿って揺動し易い構造となる。そして、いま、絶縁ロッド１１から可動側接点５に至るまでの長さをＬ２とすると、この長さＬ２が大きいほど部材全体の揺動量が大きくなる。
【００１５】
このように、絶縁ロッド１１から可動側通電軸９を経て可動側接点５に至るまでの部材全体の揺動量が大きい場合には、真空バルブ２の接点４，５表面での偏荷重を増大させたり、可動側通電軸９の支点となるガイド部１５における摩擦力を増大させる。偏荷重の増加は、真空バルブ２の接点４，５表面の接触抵抗を増大させて電力損失を引き起こす。また、ガイド部１５における摩擦力の増加は、操作機構部１８において必要な操作力を増加して円滑な操作が難しくなる。
【００１６】
可動側通電軸９の長さを短縮すれば、絶縁ロッド１１から可動側接点５に至るまでの長さＬ２も短くなるので揺動量を減少することができるが、実際には、可動側通電軸９の途中にはフレキシブル導体１０や図示しない各種部材を取り付ける必要があるので、これらの取り付けしろを確保する上で、可動側通電軸９の長さを大幅に短縮化するには自ずと限界がある。
【００１７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、可動側通電軸および真空バルブの可動側接点の揺動量を極力小さくして、接点表面での偏荷重を低減し、また、可動側通電軸の支持部における摩擦力を軽減させた密閉型開閉装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために、絶縁ガスが充填されたガスタンクの内部には、開閉用の一対の接点を備えた真空バルブが配置されるとともに、この真空バルブの可動側接点に可動側通電軸の一端側が一体に連設され、この可動側通電軸の他端側に接圧調整バネが設けられる一方、上記ガスタンクを貫通して操作棒が設けられ、この操作棒のガスタンク外部側に真空バルブの開閉操作を行う操作機構部が、上記操作棒のガスタンク内部側にはこの操作棒と上記接圧調整バネとの間を電気的に絶縁する絶縁ロッドがそれぞれ取り付けられており、この絶縁ロッドに上記圧接調整バネが接合されている構成とした。
【００１９】
これにより、可撓性のある接圧調整バネを境にして真空バルブ側に向けて可動側通電軸と可動側接点とが存在するだけで絶縁ロッドは存在しないため、可動側通電軸から可動側接点に至るまでの部材全体の長さが短くなる。その結果、可動側通電軸および真空バルブの可動側接点の揺動量が小さくなり、接点表面での偏荷重が低減されるとともに、可動側通電軸の支持部における摩擦力を軽減させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る密閉型開閉装置の概略を示す構成図、図２は絶縁ロッド近傍の構成を取り出して示す断面図であり、図７に示したものと対応する構成部分には同一の符号を付す。
【００２１】
この実施の形態１の密閉型開閉装置は、ガスタンク１を有し、このガスタンク１の内部に絶縁ガスが充填されている。この絶縁ガスは、本例では無処理の大気を０．１〜０．３０ＭＰａ．ａｂｓ．の範囲の任意の圧力で加圧した状態で充填されている。
【００２２】
また、ガスタンク１の内部には図示しない部材によって真空バルブ２が固定配置されている。この真空バルブ２は、ハウジング３の内部に固定側と可動側の一対の開閉用接点４，５が設けられている。そして、真空バルブ２の固定側接点４には固定側通電軸８の一端が一体に連設され、また、可動側接点５には可動側通電軸９の一端側が一体に連設されている。そして、両通電軸８，９はハウジング３を貫通して外部に引き出されており、固定側通電軸８には図示しない主回路の配線が、また、可動側通電軸９にはフレキシブル導体１０を介して図示しない主回路の配線がそれぞれ接続される。
【００２３】
さらに、可動側通電軸９の他端側には、真空バルブ２の接点４，５閉極時に適度な圧力で接点４，５間を押圧する接圧調整バネ１９が取り付けられている。
なお、１４は一対の接点４，５を覆うアークシールド、１５は可動側通電軸９を挿通支持するためにハウジグ３に形成されたガイド部、１６は真空バルブ２内の気密性を保つためのベローズである。
【００２４】
一方、ガスタンク１に形成されたガイド部２０を貫通して操作棒１７が設けられ、また、ガイド部２０にはガスタンク１内の気密性を保つためのベローズが取り付けられている。そして、操作棒１７のガスタンク１外部側に真空バルブ２の開閉操作を行う操作機構部１８が、操作棒１７のガスタンク１内部側に絶縁ロッド１１が固定されている。そして、この絶縁ロッド１１は、操作機構部１８からの操作力を真空バルブ２の可動側接点５に伝達するとともに、この操作棒１７と接圧調整バネ１９との間を電気的に絶縁する役目を果たすもので、接圧調整バネ１９に接合されている。
【００２５】
つまり、この実施の形態１では、可動側通電軸９に接圧調整バネ１９が直接取り付けられ、また、操作棒１７に絶縁ロッド１１が固定された形態となっていて、真空バルブ２側から操作機構部１８側を見た場合、図７に示した構成の場合と接圧調整バネ１９と絶縁ロッド１１の取り付け位置が逆になっている。したがって、接圧調整バネ１９は、可動側通電軸９、真空バルブ２、固定側通電軸８を含めて高圧（商用の交流電圧）の印加状態に保持される。一方、操作棒１７、操作機構部１８、およびガスタンク１壁面は接地電位に保持される。
【００２６】
また、接圧調整バネ１９には可撓性があるため、この接圧調整バネ１９を境にして図中右側の真空バルブ２の可動側接点５に至るまでの部分について着目すると、図７に示した構成の場合には、接圧調整バネ１９に接する絶縁ロッド１１から可動側通電軸９を経て可動側接点５に至る部材全体の長さがＬ２となっているのに対して、この実施の形態１では、接圧調整バネ１９に接する可動側通電軸９を経て可動側接点５に至る部材全体の長さはＬ１であって、可撓性の接圧調整バネ１９の右側に絶縁ロッド１１が配置されていない分、Ｌ２＞Ｌ１であり、可動側通電軸９および真空バルブ２の可動側接点５の揺動量が小さくなる。
【００２７】
その結果、真空バルブ２の接点４，５表面での偏荷重が低減されて両接点４，５の接触抵抗が減少する分、通電時の抵抗損失が低減される。また、可動側通電軸９の支点となるガイド部１５における摩擦力が軽減されるため、操作力が小さい操作機構部１８でも実用に供することが可能になる。
【００２８】
ところで、前述の特許文献１記載の真空遮断器のように、絶縁ロッド１１を大気中に露出状態にした構成の場合には、大気湿度や大気中に含まれる異物が絶縁ロッド１１の表面に付着して絶縁抵抗が低下するおそれがある。
【００２９】
これに対して、この実施の形態１の密閉型開閉装置においては、絶縁ロッド１１はガスタンク１内に収納されていて湿度や異物の付着するおそれが殆どないので、表面絶縁抵抗の維持に特に注意を払わなくても良い。つまり、密閉型開閉装置の絶縁ロッド１１については、高圧−低圧間の絶縁破壊電圧の向上にのみに目的を絞ることができる。そこで、この実施の形態１では、上記の観点に立ち、絶縁ロッド１１として図２に示すような構成を採用している。
【００３０】
すなわち、この実施の形態１の絶縁ロッド１１は、エポキシ樹脂、ポリエステル系樹脂などの絶縁物でできたもので、この絶縁ロッド１１の中心軸線上において、上部側に金属製の高圧側導体２４が、また、下部側には前述の操作棒１７に一体連結される金属製の低圧側連結棒３０がそれぞれ一体に埋設固定されている。
【００３１】
絶縁ロッド１１の上部には所定深さＨ１の周回溝１１ａが高圧側導体２４と同心状に形成されており、この周回溝１１ａの外側が筒状の絶縁バリヤ部１１ｂとして形成されている。したがって、この絶縁バリヤ部１１ｂの高さもＨ１となっている。また、絶縁バリヤ部１１ｂ形成用の周回溝１１ａは上方に開口しているが、絶縁ロッド１１全体はガスタンク１内に収納されていて湿度や異物の付着するおそれが殆どないので何ら問題はない。さらに、絶縁ロッド１１の下部には絶縁バリヤ部１１ｂから操作棒１７までに至る沿面距離を長く確保するためのひだ部１１ｃが形成されている。
【００３２】
上記の周回溝１１ａ内には接圧調整バネ１９が装着され、また、周回溝１１ａの内側内壁には、接圧調整バネ１９の位置決めとバネ反力による絶縁ロッド１１の変形や割れを防止するためのバネガイド２５が配設されている。さらに、接圧調整バネ１９の上端には、当該バネ１９を所定の長さに保持して適切なバネ反力を発生させるためのバネ押え板２６が配置されている。そして、このバネ押え板２６は、内側と外側の２つの締結具２７，２８と共にボルト２９によって高圧側導体２４に締め付け固定されている。さらに、外側の締結具２８には前述の可動側通電軸９に一体連結される高圧側連結棒３１の他端部が螺合されている。
【００３３】
図３は、図２に示した構成を有する絶縁ロッド１１において、絶縁バリヤ部１１ｂの高さＨ１を３段階に変化させた場合の、大気中での絶縁破壊電圧の測定結果である。
【００３４】
図３から分かるように、絶縁バリヤ部１１ｂの高さＨ１が５ｍｍの場合、破壊電圧は１５０ｋＶであるが、１８ｍｍでは２００ｋＶを超えている。そして、３３ｍｍでは１８ｍｍの場合の値と殆ど代らず絶縁破壊電圧は飽和して一定値となっている。バネ押え板２６の先端に高電界が発生するため、そこから放電が発生し易くなるが、絶縁バリヤ部１１ｂの高さＨ１を適切に設定すれば、その放電の進展が抑制されて絶縁破壊電圧が上昇している。Ｈ１＝２０ｍｍ以下でも絶縁バリヤ部１１ｂの設置効果は認められるが、図３に示した結果から見ると、Ｈ１＝２０ｍｍ以上に設定することが好ましい。
【００３５】
このように、絶縁バリヤ部１１ｂの高さＨ１を２０ｍｍ以上にすると、絶縁ロッド１１の耐電圧性能が顕著に向上するため、可動側通電軸９に接圧調整バネ１９を直接取り付けても絶縁ロッド１１によって十分な絶縁耐圧を確保することができる。
【００３６】
図４は、バネ押え板２６の外径のみを絶縁バリヤ部１１ｂの内径よりも大きくした場合（同図（ａ））と、小さくした場合（同図（ｂ））の構成を示している。図５は、図４に示したバネ押え板２６の外径を変えた場合の大気中での絶縁破壊電圧を測定した結果である。なお、ここでは、絶縁バリヤ部１１ｂの高さＨ１は２０ｍｍとしている。
【００３７】
図５から分かるように、バネ押え板２６が絶縁バリヤ部１１ｂの内径よりも小さいほうが破壊電圧は大きい。これは、バネ押え板２６の外径が絶縁バリヤ部１１ｂの内径よりも大きい場合は、バネ押え板１６の先端から放電が開始し易くなってバリヤ効果が十分に発現しないのに対して、バネ押え板２６の外径が絶縁バリヤ部１１ｂの内径よりも小さい場合は、バネ押え板２６の先端からの放電がし難くなると考えられる。
【００３８】
このように、バネ押え板２６の外径を絶縁バリヤ部１１ｂの内径よりも小さくすることにより絶縁ロッド１１の耐電圧性能が顕著に向上するため、絶縁バリヤ部１１ｂの高さＨ１を適切に設定する場合の効果と合せて、可動側通電軸９に接圧調整バネ１９を直接取り付けても絶縁ロッド１１によって十分な絶縁耐圧を確保することができる。
【００３９】
上記の実施の形態１に対して、次のような変形例や応用例を考えることができる。
【００４０】
（１） 上記の実施の形態１における絶縁ロッド１１は、操作棒１７に連設される低圧側連結棒３０に近接した部分にひだ部１１ｃが形成されている。絶縁ロッド１１に大きな絶縁耐圧が要求される場合には、沿面距離を大きく確保する上でこのようなひだ部１１ｃを設けることが好ましいが、絶縁耐圧がさほど要求されない場合にはそのようなひだ部１１ｃの形成を省略することも可能である。ひだ部１１ｃを形成しない分、構造が簡素化されるため、絶縁ロッド１１の製作が容易になる。
【００４１】
（２） 絶縁ロッド１１としては、図２に示した形状の他に、図６に示すような形状のものを適用することができる。すなわち、図６に示す絶縁ロッド１１は、絶縁バリヤ部１１ｂの高さＨ２がバネ押え板２６の取付位置よりも軸方向に長くなるように設定されており、このため、接圧調整バネ１９およびバネ押え板５が共に絶縁バリヤ部１１ｂの内部に配置された構造になっている。このようにすれば、放電の起点になる高圧印加部分の大半が絶縁バリヤ１１ｂで覆われてしまうため、耐電圧性能がさらに飛躍的に上昇する。
【００４２】
（３） 上記の実施の形態１では、ガスタンク１壁面に形成したガイド部２０の気密性を確保するためにベローズ２１を使用しているが、ガイド部２０にＯリングを嵌着した構成とすることもできる。
【００４３】
（４） この密閉型開閉装置のガスタンク１内に充填される絶縁ガスとしては、この実施の形態１のように、無処理の加圧大気を充填する他に、水分とダストの片方または両方を除去した大気、窒素ガス、酸素と窒素の混合ガス、二酸化炭素と窒素の混合ガスの内のいずれか一つを用いてもよい。このときのガス圧は０．１〜０．３０ＭＰａ．ａｂｓ．の範囲の任意の値である。これらのガス種は、いずれも温室効果に対する影響が全くない、あるいは微弱な影響しか及ぼさないので、いわゆる地球環境に優しくなり都合が良い。
【００４４】
また、ＳＦ_６（六弗化硫黄）、ｃ−Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８などの電気負性気体を使用すれば、密閉型開閉装置の耐電圧性能が上記の大気などに比べて良好になり、信頼性の高い密閉型開閉装置が得られるという効果がある。さらに、これら電気負性気体を窒素ガスや大気と混合し、温室効果に対する影響を極力小さくすれば、良好な耐電圧を維持しながら地球環境にも配慮がなされるという効果が得られる。
【００４５】
（５） さらに、本発明は、上記の実施の形態１で説明した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更して実施することができることは言うまでもない。
【００４６】
【発明の効果】
本発明に係る密閉型開閉装置によれば、操作棒に絶縁ロッドが固定される一方、可動側通電軸の一端部に直接に接圧調整バネが取り付けられているので、接圧調整バネを境にして真空バルブ側に向けては可動側通電軸と可動側接点とが存在するだけとなる。このため、可動側通電軸の一端側から可動側接点に至るまでの部材全体の長さが短くなる。その結果、装置の小型化をさらに図ることができるだけでなく、可動側通電軸および真空バルブの可動側接点の揺動量が小さくなり、接点表面での偏荷重が低減される。したがって、接点間での通電損失が減少する。しかも、可動側通電軸の支点となる部分での摩擦力を軽減することができるため、操作機構部を小さな操作力で操作することができ、操作性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る密閉型開閉装置の概略を示す構成図である。
【図２】図１の密閉型開閉装置において、絶縁ロッド近傍の構成を取り出して示す断面図である。
【図３】図２に示す絶縁ロッドに形成された絶縁バリヤと絶縁破壊電圧との関係を示す特性図である。
【図４】絶縁ロッドに形成された絶縁バリヤの外径に対して接圧調整バネを押圧するバネ押え板の外径を変更した状態の正面図である。
【図５】絶縁ロッドに設けた接圧調整バネのバネ押え板の外径を変えた場合の絶縁破壊電圧との関係を示す特性図である。
【図６】絶縁ロッドの変形例を示す断面図である。
【図７】従来の真空遮断器をそのままの形態でガスタンクの内部に配置して密閉型開閉装置を構成した場合の構成図である。
【符号の説明】
１ ガスタンク、２ 真空バルブ、４ 固定側接点、５ 可動側接点、９ 可動側通電軸、１１ 絶縁ロッド、１１ｂ 絶縁バリヤ部、１７ 操作棒、１８ 操作機構部、１９ 接圧調整バネ、２６ バネ押え板。

Claims (5)

1. 絶縁ガスが充填されたガスタンクの内部には、開閉用の一対の接点を備えた真空バルブが配置されるとともに、この真空バルブの可動側接点に可動側通電軸の一端側が一体に連設され、この可動側通電軸の他端側に接圧調整バネが設けられる一方、上記ガスタンクを貫通して操作棒が設けられ、この操作棒のガスタンク外部側に上記真空バルブの開閉操作を行う操作機構部が、上記操作棒のガスタンク内部側にはこの操作棒と上記接圧調整バネとの間を電気的に絶縁する絶縁ロッドがそれぞれ取り付けられており、この絶縁ロッドに上記圧接調整バネが接合されている、ことを特徴とする密閉型開閉装置。
2. 上記絶縁ロッドには、上記接圧調整バネの外周の一部または全部を覆う絶縁バリヤ部が一体形成されていることを特徴とする請求項１記載の密閉型開閉装置。
3. 上記絶縁ロッドには、上記接圧調整バネを所定の長さに縮めておくためのバネ押え板が取り付けられ、このバネ押え板の外径は、上記絶縁ロッドに付与された絶縁バリヤ部の内径よりも小さいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の密閉型開閉装置。
4. 上記絶縁ガスとして、無処理の大気、水分とダストの片方または両方を除去した大気、窒素ガス、酸素と窒素の混合ガス、二酸化炭素と窒素の混合ガスの内の一つが、圧力０．１〜０．３０ＭＰａ．ａｂｓ．で充填されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の密閉型開閉装置。
5. 上記絶縁ガスとして、ＳＦ_６（六弗化硫黄）、ｃ−Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８の内の一つの各気体を窒素ガスまたは大気と混合して、圧力０．１〜０．３０ＭＰａ．ａｂｓ．で充填されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の密閉型開閉装置。

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