低电压交流电LED照明驱动选择及电路设计
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低电压交流电LED照明驱动选择及电路设计
交流电应用兴起所有交流电照明系统使用的是一种独立式主电源，这个主电源提供脱机交流电转换成的方案，在任何负载下，即使电路处于开路的情况，其输出均不会超过30伏特有效值(VRMS)。其次，在所有状况下，电路必须有一个25安培(A)的电流限制，这两个条件将决定低电压交流电照明应用的最大电力。典型的输出电压是12或24伏特交流电(VAC)，但仍须保持25安培最大电流值不变，不论是12伏特、300瓦(W)的系统或24伏特600瓦的系统皆是。鉴于上述原因，低电压交流电照明在发光二极管(LED)照明应用中，相当受到青睐，该技术甚至可应用在300瓦的功率中，相当于三至四个街灯的输出。此举让设计者在设计上拥有很大的弹性，可允许相对较大型的单一组件或由单一电源提供的多组态灯器设计，亦或是在这两者之间的设计。可确定的是，透过具弹性的应用设计，将使照明系统从传统白炽灯大步往前迈进。而在低压交流电系统中，可考虑三个不同的照明灯具，首先是仅在一到两个个别系统中装置一个大/高输出设计;其次为可支持十到二十个装置于系统小灯源的中型输出设计;最后则是可允许在单一系统中存在五十到一百个照明器的小型输出设计。大型数组设计打造高灯源输出应用以大型数组设计而言，在两个不同的范围中，立即能显现出LED独特设计的好处，特别是在更独特的大型照明灯源例子中，可透过大型数组创造出高灯源输出应用。一般而言，在街灯的应用(采用高电压脱机解决方案)上会使用100瓦的LED灯源，虽然不建议其使用低电压交流电系统(这会带来整个规则和标准的新设置)，但设计者却有机会以低电压交流电的预算达到同样效果，进而从一个3.5伏特的顺向电压和使用350毫安电流的标准LED着手进行设计，大致上以每个1.2瓦或约八十个LED为基础。为达到所期待的输出电力，使用单一驱动器并使用多组串联/并联组合方式的LED方案便很有吸引力，但产业界通常不鼓励此种设计规则，原因在于若支持个别控制每一个LED线路，首先遇到的问题为，LED和温度有前馈的关系，当温度上升时，须严格控制顺向电压下降，以避免更多电流流动，进一步使LED的温度升高。其最大的影响就是在不同线路共享相同电流之下，将会很快产生搭配不当的问题，若电流没有被个别安排，以便通过整个线路，便很可能成为系统故障的来源。利用在线设计工具寻找适合LED驱动器如同前述，市场上有各式各样的驱动器能符合需求。美国国家半导体(NS)就有几款LED驱动器能够达到所需的最大输入范围，同时也具备简易设计的特性和效能表现。先从24VAC系统谈起，此为最引人注意的特殊大型灯具，目前谈及的驱动器都是直流对直流(DC-DC)转换器，所以在主电源提供的交流电讯号将会有进行一些整流的情形，基于此种情况，对转换器的输入条件须改为：24VRMS=67.88VPP和在调整后驱动器最大的输入电压范围34伏特。就确实可知的条件来说，在此阶段的设计上，设计者心中可能已有一个特定的LED规格，而本文讨论的所有设计，都可以使用如美国国家半导体的WEBEBCH LED Designer在线设计工具进行开发，可以键入输入电压(34伏特直流电)、LED类型/值及所需的输出组态。此外，在350毫安和Vf=3.5伏特条件下，可驱动九个LED组合而成的24VAC灯串，整流后为34伏特直流电(VDC)。而透过在线工具中的参数搜索工具，看似拥有许多适用的输入范围，然因工作周期的限制，其实并没有大量可支持的线路。在此情况下，仅有美国国家半导体的LM3401和LM3409两款LED驱动器可作支持，若把LED的数量从九颗减少至八颗，在驱动器的选择上才会增加。值得注意的是，当灯串的LED数量增加时，则须要经由电压的升压来支持，现今大多低电压交流电应用的主要转换器拓扑为降压转换器(输出到LED的驱动电压比输入到转换器的电压还低)，这是对较少LED线路的主要观点。了解驱动器角色对症下药一般来说，尽可能使用单一驱动器来驱动多个LED最符合成本效益，然并不主张在单一驱动器中使用并联线路，而是希望串联线路尽可能延长;其有利条件在于，即使线路受到严格规范和保护，亦可确保通过LED的电流皆相同。如此一来，一个较大的输入电压就能简单驱动大量的LED线路，只是在经过整流后，该线路通常会流失一半的交流电电压值，故其优势大打折扣;为解决此一问题，则可改采升压解决方案(输出电压比输入电压大时)，以减轻驱动大量LED线路的负担。另一个观点是，若灯串可维持低于二十个LED(Vf=3.5V和350mA的LED驱动电流)，就能在低电压限制下维持升压输出(在84.85VPP的低电压限制下有70VDC)，可经由美国国家半导体任一款LM342X驱动器达到，它提供过压/欠压保护机制、电流限制，以及依需求选配的过热保护功能。此外，对于驱动器装置特色的了解在电路设计上扮演重要的角色，如是否须支持脉冲宽度调变(PWM)调光、模拟调光等，或是为改变光源输出是否须加入一些光学要件及过热保护，以上考虑均为选用何种驱动器的因素。针对上述需求，LM3421/23驱动器具备阻止和察觉额外错误警告的特色，对于欲达到高层级保护及提供微控制器(MCU)反应的应用来说，是很合适的组件。而LM3424内建的过热保护功能有利于光学或过热保护应用(降低与LED温度有关的输出电流);再者，LM3429虽为此系列产品最基本款的驱动器，但仍具有在升压应用中的过压保护和电流限制，协助升压检测。图1所示为驱动二十个LED，每一个平均电流均为350毫安，3.5伏特顺向电压的电路图，此外，电路也许会因为须要进行模拟调光(当输入减少时光源的输出就会降低)而有所改变，以符合简单又全面受到保护的线路驱动器。如欲寻求更严格的颜色准确度，可采用PWM调光。图1 大型数组设计应用LM3429的升压配置，采用24VAC系统，在电流为350毫安的条件下，可驱动二十个LED。大电容方案降低涟波　延长电解质电容寿命有一个简单的概念是应用升压解决方案来恢复以交流电整流驱动大量LED灯串时损失的电压，且仍保持在低压限制中，这大约是前端消耗的27瓦(在92%效率下的24.5瓦LED)，故显而易见，系统是如何在单一附件下拓展成每个线路都受到完整保护的高规格设计。若进一步采用四条这样的电路，则每条线路均能达成完整保护和控制的100瓦设计目标，为实现此一架构，则可能在前端使用一个一般的整流器(只需要×4电流率的桥接二级管和C1/C2的×4电容)。此外，LED照明设计如果在低电压系统下有300～600瓦的可用电力，25安培的总电流对设计人员而言就具有很多选择。举例来说，从D1～D4需要被规范出最大电压和电流的余量(Headroom)。输出的电容可用下列方程式表示：C=0.7(I)/ΔE(f)其中，I代表到下游电路的输入电流(直流对直流转换区)，ΔE为可允许的涟波电压，而f则是交流电频率。由于此设计有92%的效率，鉴于LED功率为24.5瓦，这代表前端的直流对直流区将有26.6瓦的功率;而在整流(34VDC)后，从24VAC的电源使用26.6瓦并产生约782毫安的平均输入电流，如此一来，将可适当调整二级管整流器的规格。另一方面，可接受的涟波也影响着电容的需求，举例来说，执行一个800毫安的输入电流，且在120Hz线路上允许一个1伏特的涟波(因桥接整流器的关系为2×60Hz)需要9,300μF的大电容;如果是3伏特的涟波则只需要1,500μF，由于降低涟波对电解质电容的寿命提供较佳的保护，故此情况下，大电容将是可能采取的选择方案。
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微信公众号一低压照明线路电压严重偏低时怎么办
本人从事农电工作多年,在此期间曾经处理过多起农村低压照明线路电压突然严重偏低的特殊故障。这些故障的特征是:1.配变声音沉闷,低压侧计量总表比平时快得多。2.配电屏故障相绝缘线严重发热,其接触不良处发红。3.用万用表测电压,从配变低压出口侧测量正常,每隔30米电压下降10伏左右,尾端用户的白炽灯泡只发微红光。这些故障大都是由于低压架空裸铝线路弧垂过大,在外力（大风、摇晃拉线）作用下,导致零、相线粘连在一起而引起的。这类用户的配变的高、低压熔丝大都没有按规定选择而偏大,有的低压侧就根本没有熔丝,而...&
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利用局部照明变压器可调整——提高或降低照明线路电压。 [例一]提高照明线路电压: 设计某车站的牵出线照明(如照明容最为10盏100W白炽灯弯灯),因距变压器远,至牵出线照明线路上最远一个弯灯的电压低于规定值下限:90%【,。=198V(如185V),即可采用一台局部照明变压器日,一次绕组并联在220V照明线路上,二次绕组正向串联存相线上,如图1。若用220/24V变压器,则弯灯峨相线 图l上电压从185V提高到185+185+(220,24)=205.2 V,变压器容量≥24×10×100/220=--109.1VA,取150VA。 (例'9降低照明线路电压: 半夜之后,除路灯外的其它负荷骤减,路灯上电压明显升高,导致路灯比上半夜亮、功率消耗增强和灯泡寿命大大降低,如电压1】0%U。=242V,则灯泡寿命从额定的1000h降为263h,电压120%【厂。:264V,寿命降为78h.。而此时公路和住宅区道路上车辆、行人均稀少,路灯...&
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1问题提出根据220kV东岸站值班人员反映在用110kV旁路190开关代换流乙线103开关运行时,测控屏不能经同期合上190开关。经现场检查发现,110kV旁路测控屏的线路电压与母线电压幅值正常,两者的压差、频差均满足同期的要求,但电压角度刚好相差了180°。而在旁路保护屏检查发现两者的角差也为180°。再进一步检查发现110kV换流乙线保护屏的电压角差却为0°。由以上情况可以推断出190开关代103开关运行时由于电压角度的相反造成不能同期合闸。2原因分析220kV东岸站在进行综自改造前110kV控制系统原为常规控制屏的控制方式,其同期回路是采用线路电压与母线开口三角抽取电压SaYM(-Ua=100V)进行检同期(见图1),即线路电压与母线电压的角差整定为180°时满足同期要求,因此110kV线路在TYD采用100V/180°接线方式抽取线路电压。而在保护屏由于采用南瑞保护公司的LFP-941装置,其同期电压相位是装置自适应的,...&
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0　引言在电力系统中,备用电源自动投入装置(以下简称“备自投”)由于具有减轻运行人员负担,减少上级系统故障时的停电时间,简单可靠的优点,在电力系统获得了广泛的应用。通常在进线电源的线路侧装设电压互感器,用电压互感器电压来判断上级电源电压的有无。由于该电压只是作为判断电压的有无,对测量的精度要求很低,因此,一些厂家如许继生产出专门用于类似用途的电压抽取装置,作为判电压有无和检同期使用,由于电压抽取装置具有结构简单、占地面积小、工作可靠、投资少等特点,因此在110kV及以上电压等级的线路中获得普遍应用。在实际无人值守变电所综合自动化改造中,一些35kV变电所原来未设计35kV进线电源备自投装置,为了提高自动化水平,减少远方值班人员的压力,提高供电可靠性,按照有关规范考虑设计了进线备自投装置,但同时也提出了新的问题,这些变电所最初并未设计进线线路侧电压互感器,而且有的变电所35kV配电装置为高压开关柜,在进线线路侧加装电压互感器由于空...&
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一、电工教学中的线路电压降在电工教学中,有这样一道习题:“如图1所示,打开和闭合开关K时,在R1上的电压是怎样变化的?试解释工厂邻近车间使用大型电炉时,厂房里照明电灯的亮度变暗的原因。”显然,题的前半部分是为了让学生在学完电源电动势及全电路欧姆定律一节后,理解路端电压是随外电阻的变化而变化的。题的后半部分似乎也应用前问得出的结论解释。电灯的亮度变暗是由于大型电炉的并入,系统负载电阻降低,电源两端的路端电压下降,使得灯两端的电压小于额定电压所致。这样的解释是否完善呢?笔者认为这只能说是原因之一,但不是问题的关键。全国农业中专统编物理教材下册(辽宁省熊岳农业专科学校主编,农业出版社出版)也有一个类似的问题。原题为:“一只110V,25W的白炽灯接在电源上时,能正常明亮发光。在电路上并联一只110V,800W的电炉时,白炽灯变暗。这是什么原因?”该题被安排在学完电阻串并联一节后的练习中。它和前题的后半部分同属实践性较强的习题,在我们的...&
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日本通产省从1998年起大力开发采用发光二极管（LED）的节能型照明器具，这种照明器具比常用的...&
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传真：010-低压线路智能电压提升节能控制技术在低压线路的研发的应用
郑丽榕+郭肖缘+寇亮+张彦森+邢威峰摘 要：提高低压线路的电压与功率因数，对于线路较长的线路末端用户，有着非常重要的作用，尤其一些山区低压线路末端的电压往往低于180V，导至用户无法正常用电，低压侧用户大多是用单相电，更是存在着严重的三相不平衡等问题，这些问题的存在，给末端用户带来了极大的用电问题，同时也是供电部门急待解决的问题。文章介绍了一种新型的电压优化节能装置，分析了该装置与传统的无功补偿装置相比的优缺点，并对节能装置的发展趋势进行了展望。关键词：电压优化补偿；三相有功；不平衡调节；低电压1 概述本系列产品对后端电压起到升压、稳压的作用，从而保证供电质量、提高电压合格率，不用延伸10kV线路，不需新增配电变压器。并且输出为正弦波，无谐波干扰，输出效率高，可调节三相不平衡，可长期连续工作，能承受短时超载，过载能力强，适用负载广泛，可与各类设备配合运行（如消谐、无功补偿设备），更适合广大农网线路配电网络场合下应用。2 农网公用变压器电能质量的现状电能质量指标包括频率波动、电压正弦波畸变和电压偏差等项。对农村电力网来说，主要是电压质量问题。保证电压质量，使用户端电压波动范围在允许电压偏差范围之内，是农村电网建设、改造和运行中的主要任务之一，部分地区电压偏低，主要原因有：（1）线路导线截面小。（2）无功补偿容量不足。（3）10kV或低压配电线路供电半径长。（4）每逢春季农业负荷特别集中，造成各级电网电压偏低。（5）电网中现有主变压器，有载调压装置投运率低或调压操作不及时。（6）有的农村用户所用配变容量小，负荷高峰时出现了超负荷情况，影响了电压质量。（7）由于配电变压器三相负载不平衡，引起中性点电压位移，造成负载轻的一相电压偏高，而负载重的一相电压偏低。3 项目内容基于网络互联的农村低压线路末端智能电压提升节能控制装置系统，通过基于三相有功功率调节技术及低压电压优化技术，解决了低压线路末端电压低及电能质量低下的问题，是智能电网的有机组成部分。3.1 主站系统管理单元主站系统管理单元：包括数据库，通讯前置机，数据库服务器，客户端软件，手机APP（安卓或苹果），通过主站系统可以实现测控现场装置（通讯电脑或手机APP），对于农村保证用电质量提供科学有效的监测手段，系统主站就能通过分析处理测控单元上传的电网实时信息数据，同时也能够修改终端参数，把终端里存储的数据抄收到系统中，可以进行数据分析，统计及报表打印。3.2 电压优化节能控制单元电压优化节能测制单元：利用电压、电流互感器从电网中检测各种电网信息数据，经过信号转换、运算、分析和控制决策，最后由控制器自行根据基于网络互联的农村低压线路末端智能电压提升节能控制装置的运算，三相不平衡的调整科学运算，发出数字投切指令，实现电压提升优化，提高功率因数，节能降损，三相有功功率平衡调整。3.3 三相有功智能平衡调节单元三相有功智能平衡调节单元：是利用电力电子静止有功发生器的原理，通过检测三相电压电流而算出三相的有功功率，根据能量守恒的原则，将A相，B相，C相三相有功合理调整，这种调整不是所有的有功功率都调整，而是计算三相有功的矢量差，只调整矢量差的部分，从而优化了装置的结构，降低了能量在转换过程中的损耗。3.4 电压优化节能模块单元电压优化节能模块单元：通过接受测控单元的投切指令完成开关的合、分闸动作，接通和开断电容器组，基于网络互联的农村低压线路末端智能电压提升节能控制装置投切单元在系统中起着重要作用，由于该装置处于低压线路末端，所以允许一定的无功倒送，从而吸收过长线路而生产的线损，同时这种倒送是控制在一定的范围内，并且可以通过主站系统自动调整，防止无功倒送过剩，它的主要组成包括：基于网络互联的农村低压线路末端智能电压提升节能控制装置控制器，智能电容器，消谐器，电流互感器，避雷器，断路器等。4 核心技术问题（1）智能抑制系统电压的抖动和闪变，提升线路电压。（2）智能调整三相有功的不平衡的调整。（3）精细无功补偿和无极谐波治理。5 控制及保护功能电压补偿装置最大输出功率按装机容量的80%估算，建议用户在选择装置安装点时，其后端的最大用电负荷，不要超过其最大输出功率。当供电线路出现短路、过载、补偿装置工作温度超过95℃时，补偿装置将进入保护状态，装置进入直通状态，保证线路继续供电，同时，故障指示灯闪烁，提醒用户维修。当供电线路故障排除后，如需要补偿装置正常工作，必须对电网重新供电。当补偿装置内部出现故障，并无法正常工作时，装置将进入保护状态，且不会自动重启，装置进入直通状态，保证线路继续供电，同时，故障指示灯闪烁，提醒用户维修。6 应用分析综合表1得出，安装了低压线路智能电压提升节能控制装置，系统电压得到优化，电压有了明显提高，线损也得到降低，无功功率减少也比较明显，三相有功不平衡也得到改善，总体从根本上改善了低压线路的电能质量，提高了用电水平，达到了预先设计的要求。7 结束语通过安装低压线路智能电压提升节能控制技术装置，能够很好的解决农网中低压线路的低电压问题，线路长线路损耗大的问题，功率因数低下的问题，及三相有功功率不平衡的问题，解决了偏远农村用电电能质量不高的问题，改善了生活水平。随着国民生活水平的不断提高，家用电器的不断普及，广大农村对于用电的要求也越来越高，和相对落后的现有农村用电的水平形成了矛盾，对于该产品的需求会越来越大，因此该产品存在着广阔的市场空间。参考文献[1]王兆安，杨君，刘进军.谐波抑制和无功补偿[M].北京机械工业出版社，.[2]李群湛，连级三，高仕斌.高速铁路电气化工程[M].成都：西南交通大学出版社，2006.[3]GB/T .电能质量公用电网谐波[S].[4]刘进军，王兆安.瞬时无功理论与传统功率理论的统一数学描述及物理意义[J].电功技术学报，）：6-12.[5]李群，蒋平.电能质量与节能技术[M].北京：中国电力出版社，2008.
科技创新与应用
2016年31期
科技创新与应用的其它文章电力连风扇都带不起 大冲村21户人家多年饱受“低压”折磨
　　广铁株洲水电段：该负荷点处于线路末端且线路老化，所以带不起，居民可与电业局协商改造　　　　红网株洲7月12日讯（长株潭报记者 杨轶 实习生 王嘉妮）大热天，风扇已不能解决降温需求，必须得用空调。可是，这该死的电压居然连风扇都带不起，这让人怎么度过这个夏天！风扇带不起，抽水机带不起，电视机也带不起，家里的电器成为了摆设，这样的日子，让株洲市石峰区清水塘街道大冲村四眼塘组的21户居民饱受折磨多年。他们无时无刻不在希望能用上稳定的电，保障基本生活。本报记者 杨轶 实习生 王嘉妮 株洲报道　　　　电压低，半夜起来抽水好几次　　　　7月11日上午10时多，气温34℃，从清石路往时代大道方向前进，在交汇处左边，有一条小路，顺着这条小路只需几分钟路程，便到了大冲村四眼塘组。小路的左边是一条铁路，右边是21户人家，村子另外20多户人家则在铁路另一边，一座铁路桥连接彼此。　　　　刘艳霞家就在铁路桥旁边，因为电压低，家中使用了三个稳压器，一个10000伏，一个5000伏，一个1000伏，但这似乎并没有起到多大作用。电灯依旧只有一丝亮光，她说，这还是在白天，电力情况尚且比较好。也是因为电压低，家里已烧坏了三个稳压器，一台冰箱，一台电视机。刘艳霞是环卫工人，老公是绿化工人，两人一天到晚都是在外面，回到家，却连风扇都吹不到，每晚都得跑到铁路桥上吹风乘凉，一直要到11点甚至12点才能回家睡觉，她说，直到那时候才凉快一点。　　　　但刘艳霞家却不是烧坏电器最多的一家，像这样的情况，这21户人家中，每户都或多或少的经历过。电压低，对生活的影响不仅仅是无法使用风扇消暑降温，连正常的用水也受到了影响。村子并未接通自来水，用水都得从水井里用抽水机抽上来，但这恼人的电压，使得抽水成为了每天最折磨人的事情。抽水必须得等到每天凌晨2点之后才能进行，但也不是想抽就能抽，21户人家必须得排着队来，一户一户地抽。而这排队也是毫无规律，只是盯着自家的电，电灯突然亮了点，或者电扇忽然快了点，这就意味着电压高点了，于是赶紧去按一下抽水的开关。几分钟后，电压又低下去，再关掉开关，如此周而复始。“两点起来一次，三点起来一次，四点起来一次，每次最多几分钟，根本就不能好好睡一觉。”对于这样的生活，居民早已深恶痛绝。　　　　没装稳压器，10多天没抽上水　　　　安装稳压器，是为了能将低压变成正常的220伏电压，而现实却不尽如人意，有的居民家用2个10000伏或12000伏的稳压器仍不能解决这个问题。但在这21户人家中，有一家没有安装。　　　　吴云华目前一个人住，儿子在外买了房，已经搬出去了，以前安装的稳压器是在儿子那边，如今她一个人，索性也就懒得再装。但这直通的电却没有半点作用，不仅风扇无法带动，抽水就更不用说了，就连房中那100瓦的电灯都只有莹莹之光，平时还是得靠手电筒。最近这10多天，她都没有抽上水，生活用水都是这家挑一点，那家借一点。　　　　村中老人告诉记者，这里的线路是上个世纪80年代的线路，一直都未进行改造，但没增容的电线面对日益增加的人口和电器，愈发地显得力不从心，加之线路的老化，更是加剧了用电困难。最近5年来一直都存在电压过低的问题，而本已不堪重负的电线，又先后断掉两根，本来有三根火线，一根零线，如今仅剩一根火线和一根零线，这无疑是雪上加霜。　　　　老人称，为了改变现有的局面，居民曾多次向村部和街道办事处反映情况，甚至多次拨打了市长热线，答复却是因为使用的是铁路上的电，只能找铁路方面。多次反映后，至今仍然没有动静。居民们说，他们只求能早日用上稳定的电，能正常生活就行。　　　　广铁株洲水电段：该负荷点处于线路末端、线路老化　　　　昨天下午，记者又找到了广铁集团株洲水电段，相关负责人段先生称，造成大冲村四眼塘21户人家电压过低，主要是因为该负荷点处于线路末端，加之线路前端负荷过大、线路老化，所以造成目前电压过低。针对这些情况，其实已经做过许多计划，但因涉及到实施部门，需等到上级部门有改造项目时才能实施。他也承认，改造涉及到成本问题，因为改造需要大面积的更换线路，还需要调整线路前端的负荷，这样成本较大。段先生说，其实在很早之前，就已经向居民建议，可以和电业局进行沟通，协商改造事宜。　　　　记者随后拨打了95598电力客服热线，工作人员称，居民想改电的话，如果只有一户要改，目前是不予办理的；而集体改电则需由平时收取电费的单位向电业局进行申请，协商改造事宜。同时，该单位还需提交一定的改造费用，具体费用则由该单位与电业局进行协商。
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