毕业设计论文答辩煤矿采区供电系统设计-

采区变电所及配电点位置的确定12020年8月29日星期六电气自动化一、采区变电所位置的确定

(1)尽量位于负荷中心，以减少低压线路长度和电压损失，保证采区设备的供电质量。

(2)每个采区最好只设一个变电所，对整个采区和掘进工作面供电，并且尽量不迁移或少迁移变电所，减少变电所硐室的开拓费用。如一个变电所不能满足要求时，可在下一区段增设变电所，初期向掘进供电，后期向回采供电。

(3)变电所内要求通风良好，温度不得超过附近巷道温度5℃。

(4)设备运输要方便，便于电缆进出，地质条件好，顶底板稳定，无淋水。

分析上述四项要求可见，后两个要求容易满足，但前两个要求相互矛盾因此，在确定采区变电所的位置时，应全面分析，综合考虑。一般先根据后两个要求确定变电所的位置范围，然后再根据前两个要求确定变电所的位置。在确定变电所的位置时，一般要列出几种可行方案，进行技术经济比较后择优选用。方案比较应列表表示。

按后两个要求确定采区变电所的位置时，可根据下列原则确定：

(1)采区变电所的位置一般设在上(下)山的运输斜巷和轨道斜巷的横贯内，或在甩车场附近的巷道内。当采用矿用一般型变压器时，不得设在回风巷或工作面进风顺槽内。22020年8月29日星期六电气自动化

(2)在多煤层的采区中，各分层是否分别设置或集中设置变电所，应经过技术经济比较后决定。

(3)当附近变电所不能满足大巷掘进供电要求时，可利用大巷横贯巷道设置掘进变电所。如大巷为单巷而无横贯巷道利用时，可采用移动变电站。32020年8月29日星期六电气自动化二、移动变电站位置的确定42020年8月29日星期六电气自动化1、采用移动变电站供电的条件

随着采掘机械化的发展，工作面的电气设备多、容量大，工作面走向长，如仍采用固定的采区变电所供电，既不经济，又满足不了电压质量的要求。因此，属下列情况的采区供电宜采用移动变电站：(1)综采工作面的供电。(2)普采工作面由采区固定变电所供电困难或不经济时。(3)大巷单巷掘进附近无变电所可利用时。2、移动变电站位置的确定移动变电站的位置一般按下列原则确定：

(1)向回采工作面供电的移动变电站位置，一般设在距工作面100

m～150

m的巷道中。

(2)当下一个工作面尚未开采，而其回风巷已经掘进完毕，可将上工作面的移动变电站设置在下一个工作面的回风巷内，经过联络巷、运输巷向上工作面供电。

(3)低瓦斯矿井的回采工作面移动变电站，可设置在该回采工作面的回风巷内。52020年8月29日星期六电气自动化三、工作面配电点位置的确定62020年8月29日星期六电气自动化

(1)回采工作面配电点一般设在距工作面50m-70m处的巷道中。

(2)掘进工作面配电点距掘进头80m-100m，一般配电点至掘进设备的电缆长度以不超过100m为宜。

(3)在电缆分叉点应设有配电点，此配电点在巷道交汇处附近。

(4)压入式局部扇风机和启动装置必须安装在进风巷道中距回风口不得小于10m。采区供电系统的拟定72020年8月29日星期六电气自动化一、井下电压等级的确定

井下各级配电电压和各种电气设备的额定屯压等级应符合下列要求：(1)高压不应超过10kV，一般为6kV。

(2)低压不应超过1140V。炮采工作面一般采用660V，高档普采和综采根据具体情况和采用的机械设备可采用660V或1140V。井低车场一般采用660V。手持电气设备、固定照明采用127V，亦可采用220V二、采区供电系统的拟定1.高压供电系统的拟定1)电源回路数的确定

供综合机械化采煤的采区变电所及有下山排水设备的采区变电所,应采用双电源进线。一般的采区变电所,应采用单电源进线。2)高压开关的配置

(1)单电源进线的采区变电所，当变压器不超过两台且无高压出线时，可不设电源进线开关；当变压器超过两台或有高压出线时，应设置进线开关。

(2)双电源进线的采区变电所，应设置电源进线开关。当其经常为一回路供电，一回路备用时，母线可不分段；当两回路电源同时供电时，母线应分段并设联络开关，正常分列运行。(3)采区变电所的高压馈出线，宜用专用的开关柜。82020年8月29日星期六电气自动化2.低压供电系统的拟定

在拟定供电系统时，应将采区内的用电设备按电压等级、生产环节和安装地点分组，各组尽量分开供电。在

用电设备分组时，还应考虑到各组用电负荷的大小、巷

道布置情况和电缆敷设的路线。各组用电负荷不能过大，以保证受电端的电压质量。巷道有分叉点时，应装有开

关或电缆接线盒。确定电缆的敷设路线时，应注意回采

工作面(机采除外)、轨道上下山等处不应敷设电缆，溜放煤、矸、材料的溜道中严禁敷设电缆。92020年8月29日星期六电气自动化在具体拟定供电系统时还应考虑以下原则：

(1)在保证供电安全可靠的前提下，力求所用的开关、启动器和电缆等设备最少。(2)原则上一台启动器只控制一台设备。

(3)当采区变电所的动力变压器多于一台时，应合理分配变压器的负荷，原则上一台变压器负担一个工作面的用电设备。(4)变压器最好不并联运行。

(5)由工作面配电点到各用电设备宜采用辐射式供电，上山及顺槽的输送机宜采用干线式供电。(6)供电线路应走最短的路线，并尽量避免回头供电。

(7)如配电点距电源供电点较近或启动器数量少于三台时，一般不设配电点进线自动馈电开关。102020年8月29日星期六电气自动化

(8)大容量设备的启动器应靠近配电点的进线端，以减小启动器间电缆的截面。

(9)低瓦斯矿井掘进工作面的局部通风机，可采用装有选择性漏电保护装置的供电线路供电，或采用掘进与采煤工作面分开供电。

(10)瓦斯喷出区域、高瓦斯矿井、煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出矿井中，掘进工作面的局部通风机都应实行三专(专用变压器、专用开关、专用线路)供电。

(11)局部通风机与掘进工作面的电气设备，必须装有风电闭锁装置。瓦斯喷出区域、高瓦斯矿井、煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出矿井中的所有掘进工作面应装设两闭锁(风电闭锁、瓦斯电闭锁)设施。因此，为了实现风电闭锁在掘进工作面的供电线路上应设一台闭锁用的磁力启动器。112020年8月29日星期六电气自动化

(12)局部通风机无论在工作面或交接班时，都不准停风。因此要在专用变压器与采区变电所内其他任意一台变压

器之间加设联络开关。平时断开，在试验局部通风机线

路的漏电保护时，合上联络开关，以防局部通风机停电。

(13)采区变电所、上山绞车房、装车站及综采工作面应设照明灯。

井下中央变电所、采区变屯所的电源进线以及变电所的供配电系统，当有多种可行方案时，应经过技术经济比较后择优选择。

供电方案确定后，应画出供电系统草图，并在图上标出开关、启动器、变压器的设置情和电缆所带设备的名称、功率和电缆的长度等。122020年8月29日星期六电气自动化负荷计算132020年8月29日星期六电气自动化

负荷计算是为电气设备、输电导线选择，继电保护装置整定提供重要的计算依据。一、用电设备功率的确定

1、长时连续工作制用电设备：（补：①解释：热平衡、30分钟、导体通过电流达到稳定温升的时间大约为（3～4）τ，τ为发热时间常数。

τ≥10min。（3～4）τ大约就是30min。）铭牌值。②举例：矿山通风机、压风机、照明灯③负荷功率：等于铭牌下的额定功率

2、短时工作制用电设备：（补：①解释：运行时间短，停歇时间长。）容量小可不考虑；容量大的适当考虑。②举例：绞车、电动车③负荷性质3、断续周期工作制用电设备：

*（1）断续周期工作制：周期性地时而工作，时而停歇，如此反复运行，工作周期一般不超过10分钟。（2）举例:吊车、电焊机。

*

（3）负荷持续率：为一个工作周期内时间与工作周期的百分比,用“∑”,即

*（4）断续周期工作制设备的额定容量（铭牌功率）PN，是对应于某一标准负荷持续率εn即电焊机：142020年8月29日星期六电气自动化二、需用系数法计算负荷

需用系数：用电设备的实际负荷总容量与其额定总容量的百分比值。同时系数、负荷系数、线路效率、设备效率。1、单台用电设备的需用系数：•2、成组用电设备的需用系数：加权平均效率152020年8月29日星期六电气自动化3、单台用电设备的计算负荷••4、成组用电设备的计算负荷••••162020年8月29日星期六电气自动化三、单相用电设备的计算负荷负荷尽量对称；单相设备总容量≤15%—按三相平衡负荷。

1、如果单相设备容量超过三相设备容量15%时，则应将单相设备容量换算为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加。2、确定计算负荷的目的：选择设备和线路。

3、计算负荷：最大负荷相有功负荷的3倍作为等效三相有功负荷，以满足安全运行的要求。１、单相设备接于相电压时的负荷计算

计算负荷：最大负荷相的计算负荷的3倍作为等效三相计算负荷，以满足安全运行的要求。172020年8月29日星期六电气自动化１、单相设备接于相电压时的负荷计算

计算负荷：最大负荷相的计算负荷的3倍作为等效三相计算负荷，以满足安全运行的要求。２、单相设备接于线电压时的负荷计算

计算负荷：最大负荷线的计算负荷的倍作为等效三相计算负荷，以满足安全运行的要求。182020年8月29日星期六电气自动化•四、变电所总负荷的计算计算原则：１、按逐级计算法确定计算负荷：末 首。考虑同时系数、线路损耗、变压器损耗。２、分组原则：按生产环节、设置地点分。３、分组计算：负荷系数原则按需用系数法确定计算负荷总容量、需用系数•••192020年8月29日星期六电气自动化变压器的选择一、变电所主变压器的选择1、主变压器台数的确定1）具有一类负荷的变电所：两台：矿山负荷的80%2）只有二、三类负荷的变电所：两台或1台（备用电源）。3)变电所主变压器容量的确定两台变压器同时工作：两台，一台工作，一台备用。202020年8月29日星期六电气自动化1．变压器型号的确定

在确定变压器型号时，应考虑变压器的使用场所、电压等级和容量等级，还应考虑巷道断面、运输条件、备品配件来源等因素。一般在变电硐室内的动力变压器，选择矿用一般型油浸变压器；在采煤工作面顺槽及掘进巷道内，应选择隔爆型干式动力变压器或移动变电站。为了供电的经济性，应尽量选用低损耗变压器。常用低损耗矿用变压器的技术数据见教材212020年8月29日星期六电气自动化2．变压器台数的确定

在确定变压器的台数时，应根据巷道断面、运输条件和低压总馈电开关的额定电流综合考虑。1)采区变电所变压器台数的确定

对采区变电所一台变压器满足要求时尽量选一台。如需采用多台变压器时，最好不采用几个工作面共用一台

变压器的供电方式。如采区变电所的供电负荷中有一类

负荷，变压器的台数不得少于两台，当一台停止运行时，其余变压器应保证低压一类负荷用电。

此外，在确定变压器的台数时，还应考虑变压器的电压等级、局部通风机使用专用变压器，掘进工作面和采煤工作面尽量分开供电等问题(在拟定供电系统时统筹考虑)。222020年8月29日星期六电气自动化3。变压器容量的选择

当在变压器低压侧进行了无功功率补偿后，变压器的容量应按补偿后的视在容量选择。1)采区变电所变压器容量的选择

根据已拟定的供电系统，将补偿后变压器二次负荷的总计算容量计算出来以后，可按下式选择变压器的容量。SN.T≥Sa.c式中

SN.T——变SN.T≥S压器的额定容量，kVA；

．Sa.c——补偿后变压器二次负荷的计算容量，kVA。

当未在变压器低压侧进行无功功率补偿时，变压器的计算容量可按下式计算：••232020年8月29日星期六电气自动化二、变压器的损耗计算包括；有功功率损耗、无功功率损耗。1、变压器的有功功率损耗

（1）空载损耗（铁损ΔPt）：与变压器的负荷无关。可由空载实验测定。

（2）铜损ΔPcu：与负荷电流（或功率）的平方成正比。由短路实验测得。有功损耗：2、变压器的无功功率损耗

（1）产生主磁通（产生励磁电流）ΔQU：与负荷无关。与励磁电流（或近似地与空载电流）成正比。

（2）消耗在一、二次绕组电抗上的无功功率ΔQN：与负荷电流（或功率）的平方成正比。如果缺少参数，变压器的功率损耗可估算如下：ΔPT=

0.02PT

ΔQT=0.1QT242020年8月29日星期六电气自动化电缆的选择252020年8月29日星期六电气自动化一、低压电缆的选择1．低压电缆型号、芯数和长度的确定1)低压电缆型号的选择

电缆的型号主要依据其电压等级、用途和敷设场所等条件来决定。煤矿井下所选电缆，的型号必须符合<煤矿安全规程)的有关规定。矿用低压电缆的型号，一般按下列原则确定：

(1)从启动器到电动机的电缆一律采用不延燃橡套电缆。1140

V设备及采掘工作面的660V和380V设备，必须用分相屏蔽不延燃橡套电缆；移动式和手持式电气设备，都应

使用专用的分相屏蔽不延燃橡套电缆。

(2)固定敷设的应采用铠装铅包纸绝缘电缆或铠装聚氯乙烯绝缘电缆，也可采用不延燃橡套电缆；对于半固定敷设的电缆，为了移动方便一般选用不延燃橡套电缆，也可选用上述铠装电缆。

(3)低压电缆不应采用铝芯，采区低压电缆严禁采用铝芯。(4)电缆应带有供保护接地用的足够截面的导体。

(5)固定敷设的照明、通信和控制用电缆，应采用铠装电缆、不延燃橡套电缆或矿用塑料电缆；非固定敷设的电缆，应采用不延燃橡套电缆。262020年8月29日星期六电气自动化确定电缆的芯线数目2)(1)动力用的纸绝缘铠装电缆选三芯电缆。

(2)动力用的橡套电缆，当控制按钮不在工作机械上时，一般采用四芯电缆；对控制按钮在工作机械上的，应根据控制要求增加控制芯线的根数。

(3)信号电缆芯线根数要按控制、信号、通讯系统的需要决定，并留有备用芯线。

(4)电缆中的接地芯线，除用作监测接地回路外，不得兼作其他用途。3)确定电缆长度

电缆有一定柔性，敷设时会出现弯曲，所以电缆的实际长度L应按下式计算。即．

L=KinLto式中

Lto——电缆敷设路径的长度，m；

Kin——电缆增长系数，橡套电缆取1.1，铠装电缆取1.05。272020年8月29日星期六电气自动化

为了便于安装维护和便于设备移动，确定电缆长度时还应考虑以下几点：(1)移动设备的电缆，须增加机头部分活动长度3

m-5m。(2)当电缆有中间接头时，应在电缆两端头处各增加3m。

(3)半固定设备的电动机至就地控制器的电缆长度，一般取5m-10m。

(4)掘进配电点的电源电缆长度，一般按设计矿井投产时的标准再加100m配备。

(5)掘进配电点至掘进设备的电缆长度，按配电点移动距离考虑，但电缆长度以不超过100m为宜。282020年8月29日星期六电气自动化2．低压电缆主芯线截面的选择电缆主芯线截面必须满足以下几个条件：

(1)正常工作时，电缆芯线的实际温度应不超过电缆的长时允许温度，所以应保证流过电缆的最大长时工作电流不得超过其允许持续电流。

(2)正常工作时，应保证供电网所有电动机的端电压在95％一105％的额定电压范围内，个别特别远的电动机端电压允许偏移—8％～—10％。

(3)距离远、功率大的电动机时，在重载情况下应保证能正常启动，并保证其启动器有足够的吸持电压。(4)电缆短路时，应具有足够的热稳定截面。(5)所选电缆截面必须满足机械强度的要求。292020年8月29日星期六电气自动化

在按上述条件选择低压电缆主芯线的截面时，从启动器到采掘运设备的支线电缆，一般按机械强度初选，按允许持续电流校验后，即可确定下来。

选择干线电缆主芯线截面时，如干线电缆不长，应先按电缆的允许持续电流初选；当干线电缆较长时，应先按正常时的允许电压损失初选；然后再按其他条件校验。具体计算方法参考教材302020年8月29日星期六电气自动化二、高压电缆的选择1．高压电缆型号、芯数、长度的确定1)高压电缆型号的确定高压电缆的型号应按下述原则确定：

(1)固定敷设的高压电缆应选用铠装电缆。立井井筒或倾角450及其以上的井巷内，应采用钢丝铠装电缆；水平或倾角450以下的井巷内，应采用钢带铠装电缆。

(2)在进风斜井、井底车场及附近、中央变电所至采区变电所的电缆可采用铝芯电缆，其他地点必须采用铜芯电缆。312020年8月29日星期六电气自动化(3)移动变电站必须采用监视型屏蔽橡套电缆。(4)井下严禁使用铝包电缆。(5)电缆应带有供保护接地用的足够的截面的导体。

(6)硐室内和木支架的井巷中敷设的电缆，不得使用麻外被层电缆。

(7)电缆敷设水平差应符合教材《工矿企业供电》表6—8的规定，对橡套电缆、塑料电缆和纸绝缘不滴流电缆敷设高差不受限制。322020年8月29日星期六电气自动化2)高压电缆芯数的确定

铅包铠装电力电缆可采用三芯，没有铅包及铠装层的电力电缆最少应为四芯电缆。3)确定高压电缆的长度(1)高压橡套电缆和铠装电缆，其长度按式L=KinLto计算

(2)敷设在立井井筒中的电缆的长度按所经井筒深度的1．02倍计算。(3)入井电缆应在地面和井下两端各留8m～10m的裕量。(4)电缆中间有接头时，应在电缆的两端头处各增加3m。332020年8月29日星期六电气自动化2．高压电缆主芯线截面的选择

．高压电缆主芯线截面应按下述条件进行选择：(1)按正常工作时的经济电流密度选择。(2)按允许持续电流选择。(3)按电缆首端的最大三相短路电流校验其热稳定。(4)按正常和故障状态时，分别校验电压损失。342020年8月29日星期六电气自动化短路电流352020年8月29日星期六电气自动化一、概述

短路故障是电气设备最严重的故障，对电气设备的危害性最大。所以我们要研究其种类、产生的原因。并采取相应的措施来预防或减轻其危害程度。一、短路的种类及产生短路的原因1、短路：供电系统中不等电位的点没有经过用电器而直接相连通。2、类型：三相、两相、两相接地、单相、单相接地。*分对称性短路和非对称性短路。对称短路：Za=Zb=Zc、Ua=Ub=Uc、Ia=Ib=Ic

*最关键的两个短路电流：最大短路电流---选择设备、导线，最小短路电流---继电保护装置校验短路的电压与电流的相位差较正常时增大，接近于90度。单相短路只发生在中性点直接接地系统或三相四线制系统中。其他：层间、层间短路。主要指电动机、变压器和线圈等。

3、造成短路原因：绝缘损坏、设备老化、使用不当、外力作用、误操作、鸟兽触及等。二、短路的危害1、特点：(1)电流剧增至正常电流的几十甚至几百倍（电流大）。(2)系统电压骤降。2、后果：（1）损害设备和线路。（2）设备不能正常工作。（3）影响电力系统运行。（4）通信线路、电子设备干扰、产生误动作。*3、保护措施：限制、装设熔断器、继电保护装置等。362020年8月29日星期六电气自动化三、计算短路电流的目的和任务1、选择导线和设备。2、选择和整定继电保护装置。3、确定接线和运行方式。4、选择限流电抗器。

供电系统中短路电流的两种计算方法:有名值法和相对值法。一、有名值法（绝对值法、欧姆法）1、低压电网短路电流的计算：*计算电压取比线电压高5%。*对于高压电路，一般只计电抗，不计电阻。*对于低压短路时，当 时才需计算电阻。372020年8月29日星期六电气自动化2、短路电流计算步骤：1）求短路回路中各元件阻抗。

（1）电源系统的阻抗（①一般可不考虑电阻。②可由高压馈电线出口断路器的断流容量（极限短路容量）来估算,

。③由开断电流Ioc来计算其断流：（2）变压器的阻抗：•382020年8月29日星期六电气自动化（3）输电线路的阻抗：（*1、线路的电阻Rwl。可由导线电缆的单位长度电阻R0值求得。Rwl=R0L。2、线路的电抗Xwl。可由导线电缆的单位长度电抗Xwl值求得。Xw=X0L。）（4）限流电抗器的电抗：

2）短路回路总阻抗的计算、折算。（注意：等效阻抗的换算）。•392020年8月29日星期六电气自动化3）短路电流的计算：（1）绘制短路计算电路图：标参数、找短路点。（2）绘制等效电路图，标出各元件阻抗值。（3）计算短路回路的阻抗。（4）计算短路电流。402020年8月29日星期六电气自动化电气设备的选择412020年8月29日星期六电气自动化一、按使用场所选择电气设备的类型

井下电气设备类型的选择应符合《煤矿安全规程》)的规定，各类矿用电气设备的使用场所见教材《工矿企业供电》二、高压配电箱的选择1．高压配电箱型号的选择

矿用高压配电箱的型号应根据下述情况，并结合矿井的实际条件选择。

(1)矿用高压配电箱有油断路器、六氟化硫断路器和真空断路器三种。根据矿井设备真空化的要求，应优先选用真空断路器的高压配电箱。

(2)矿用一般型高压配电箱(又称高压开关柜)有固定式和手车式两种。固定式价格较低，但维护检修不如手车式方便；手车式维护检修方便，故障时可更换备用手车迅速恢复供电，但价格较固定式高。设计时，应根据矿井的具体条件进行选择。

(3)考虑到设备对保护的要求，根据《煤矿安全规程》的规定，所选高压配电箱应具有下述保护：

①井下高压电动机、动力变压器的高压侧，应有短路、过负荷和欠电压释放保护。

②供移动变电站的高压馈电线，应有短路、过负荷、欠电压释放和高压电缆监视保护,此外，还必须装设有选择性的动作于跳闸的单相接地保护。422020年8月29日星期六电气自动化

选择方案时，应首先根据其用途确定选择哪种形式的开关柜，然后根据负荷的种类、负荷的重要性和馈出线的数量等，本着安全、可靠、操作方便、经济的原则，根据变电所接线的需要进行合理地组合，选择出合适的一次接线方案。具体选择时一般应遵循以下几点原则：

(1)井下变电所的馈出线必须选择装有断路器的开关柜。对双回路供电的重要负荷，断路器两侧均应装有隔离开关。

(2)当开关柜直接控制高压电动机时，可根据其启动的频繁程度选择带真空接触器的开关柜或带有断路器的开关柜。当高压电动机需串电抗器启动时，还应选择启动电抗器柜；当电动机容量不大时，启动电抗器可与其控制开关安装在一个柜子中。432020年8月29日星期六电气自动化

(3)对进线开关柜一般应装有断路器。对馈出线少(一般不超过8条)、进线总数不超过二回路的中央变电所，且上一级变电所属本企业管理时，亦可只用隔离开关。

(4)母线联络开关一般也采用断路器，对中央变电所当馈出回路数不超过8条时，也只用隔离开关联络。

(5)当变电所采用电动操作时，为了保证有足够的所用电能，应选择所用变压器柜。

(6)为了测量和保护的需要，开关柜中还应有足够的电流互感器；变电所每段母线上还应装有电压互感器。442020年8月29日星期六电气自动化2)二次接线方案的确定

开关柜的二次接线方案可根据保护和测量的要求及所选一次接线方案来选择。

(1)对需要装设过负荷保护或具有动作时限的过电流保护的线路，应选择具有反时限过流保护装置的二次接线方案。对只装设瞬时过电流保护的线路，可选用只有瞬时过电流脱扣器的二次接线。需进行失压保护的，还应装有失压脱扣线圈。

(2)进线开关柜中一般应装设电流表和有功、无功电度表。对馈出线一般应装设电流表；对用电负荷较大的线路一般还应苯设有功电度表；需要了解其功率因数等情况时，还应装设无功电度表。变电所的每段母线上均应装设电压表。452020年8月29日星期六电气自动化三、低压电气设备的选择1．低压电气设备型号的选择

低压电气设备的型号除按使用场所选择外，还应考虑以下几点：1)按工作机械对控制的要求选择

1)供电线路用总开关、分路开关和配电点进线开关，应选用隔爆型真空谭电开关。

(2)不需要进行远方控制及不经常启动的小型机械，一般选用手动启动器或插销式开关

(3)需要进行远方控制＼集中联锁控制或频繁启动的机械，应选用磁力启动器。(4)需要经常正反转的机械，应选用可逆磁力启动器。

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