sep analisis de l arco secundario en esquemas de recierre monofasico

5/20/2018 Sep Analisis de l Arco Secundario en Esquemas de Recierre Monofasico

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JUNIO - 2014

N LISIS DE L RCO SECUN D RIO EN

ESQUEM S DE RECIERRE MON OF SICO

BERNARDINO ROJAS VERA

INGENIERO ELECTRICISTA - MBA


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JUNIO-2014

INTRODUCCION

POR EL INCREMENTO DE LA DEMANDA DE ENERGIA, EN LOSULTIMOS 5 AOS EN EL PERU SE VIENE CONSTRUYENDO YPONIENDO EN SERVICIO LINEAS DE 500 KV QUE TIENEN LACAPACIDAD DE TRANSPORTAR GRANDES BLOQUES DEENERGIA A MAYORES DISTANCIAS QUE LAS LNEAS DE 220 KV.

LIGADO A ESTE CRECIMIENTO DE LAS REDES DE TRANSMISIONDE EXTRA ALTA TENSION, SURGE LA NECESIDAD DE BUSCARTECNICAS QUE PERMITAN OPTIMIZAR EL DESEMPEO DE LAS

REDES RESPECTO A LA CONFIABILIDAD, SEGURIDAD,REDUCCION DE PERDIDAS, ETC.


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JUNIO-2014

FALLAS EN LINEAS DE TRANSMISION

EN UN SISTEMA ELECTRICO DE POTENCIA, LOS COMPONENTES QUE TIENENMAYOR RIESGO DE FALLAS, SON LAS LINEAS DE TRANSMISION.

EN EL CUADRO QUE SIGUE, SE PRESENTA UNA ESTADISTICA INTERNACIONALDEL PORCENTAJE DE FALLAS EN LINEAS DE ALTA Y EXTRA ALTA TENSION.CLARAMENTE SE VE QUE LAS FALLAS MONOFASICAS SON LAS MAS COMUNES Y

PARADOJICAMENTE SON MAYORES PORCENTUALMENTE EN LAS LINEAS DEEXTRA ALTA TENSION.

ESTA SITUACION SE DEBE A QUE LAS DISTANCIAS ENTRE CONDUCTORES SONMAYORES EN LINEAS DE EXTRA ALTA TENSION QUE EN LINEAS DE ALTATENSION.

TIPO DE FALLA ALTA

TENSION

EXTRA ALTA

TENSION

MONOFASICAS 70 93

BIFASICAS 15 04

BIFASICAS A TIERRA 10 02

TRIFASICAS 05 01

TOTAL 100 100


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TIPOS DE FALLAS EN LINEAS DE TRANSMISION

LA EXPERIENCIA OPERATIVA DE REDES ELECTRICAS HADEMOSTRADO QUE LA MAYORIA DE LAS FALLAS EN LAS LINEASDE TRANSMISION SON DE NATURALEZA TRANSITORIA. LASESTADISTICAS INDICAN QUE ENTRE EL 80 AL 90% DE LASFALLAS SON TRANSITORIAS Y ENTRE EL 10 AL 20% SON FALLAS

SEMIPERMANENTES O PERMANENTES

UNA FALLA TRANSITORIA ES AQUELLA OCASIONADAPRINCIPALMENTE POR DESCARGAS ATMOSFERICAS OCONTORNEO EN LA CADENA DE AISLADORES Y QUE

DESAPARECEN CUANDO SE DESENERGIZA LA LINEAPERMITIENDO QUE EL RECIERRE DE LA LINEA SEA EXITOSO.


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TIPOS DE FALLAS EN LINEAS DE TRANSMISION

UN EJEMPLO DE FALLA SEMIPERMANENTE ES ELACERCAMIENTO DE UNA RAMA DE ARBOL QUE NO DESAPARECECON LA APERTURA DE LOS INTERRUPTORES, POR LO QUEGENERALMENTE SE REQUIERE QUE LA FALLA SEA DE MAYOR

DURACION PARA QUEMAR LA RAMA Y POSTERIORDESAPARICIN DE LA FALLA.

LA FALLA PERMANENTE ES AQUELLA QUE NO DESAPARECECON LA APERTURA DE LOS INTERRUPTORES HACIENDO QUE EL

RECIERRE SEA NO EXITOSO. REQUIERE LA INTERVENCION DEPERSONAL DE MANTENIMIENTO ANTES DE VOLVER AENERGIZAR LA LINEA.


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EL PORQUE DEL RECIERRE AUTOMATICO

LAS RAZONES POR LAS QUE SE APLICA EL ESQUEMA DE RECIERRE AUTOMATICO SON:

1. ASEGURAR LA CONTINUIDAD DEL SERVICIO.

2. MANTENER LA ESTABILIDAD Y SINCRONISMO DEL SISTEMA ELECTRICO

3. EN SISTEMAS DE DISTRIBUCION SE UTILIZA PARA SALVAGUARDAR A LOS FUSIBLES DEMANERA QUE SE REDUZCA LOS TIEMPOS DE CORTE DE SERVICIO.

4. PERMITE DISPONER SUBESTACIONES NO ATENDIDAS REDUCIENDO LOS COSTOSLABORALES.

5. LA OPCION DE RETARDAR EL DISPARO Y RECIERRE DE LOS INTERRUPTORES, MUCHASVECES PERMITEN ELIMINAR LAS FALLAS SEMIPERMANENTES.

(file COORD_CALLAL_1.pl4; x-var t) c:ARELA -ARETA c:ARELB -ARETB c:ARELC -ARETC0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0[s]

-400

-250

-100

50

200

350

500

[A]

INICIO DE

FALLA

DURACION DE LA FALLA

APERTURA DE

INTERRUPTORES

TIEMPO CON

INTERRUPTORES ABIERTOS

RECIERRE DE

INTERRUPTORES

ESTADO

INICIAL ESTADO

FINAL


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JUNIO-2014

RECIERRE AUTOMATICO MONOFASICO

ES COMUN EN LINEAS CON TENSIONES IGUALES O MAYORES ALOS 138 KV, UTILIZAR EL ESQUEMA DE RECONEXIN

AUTOMTICA MONOFASICA, ES DECIR SOLO SE ABRE UNA FASEDE LOS INTERRUPTORES Y LUEGO DE UN TIEMPO SE VUELVEN

A CERRAR.

LA VENTAJA DE UTILIZAR EL REENGANCHE MONOFASICO ESQUE TODAVA HAY INTERCAMBIO DE POTENCIA DESINCRONIZACIN ENTRE LAS FASES SANAS, ENCONSECUENCIA LA DIFERENCIA DE FASES ENTRE LOS

SISTEMAS SER MENOR QUE EN CASO DE SEPARACION DESISTEMAS POR APERTURA TRIFASICA DE LOS INTERRUPTORES.


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RECIERRE AUTOMATICO MONOFASICO

DEBIDO AL ACOPLAMIENTO CAPACITIVO ENTRE LA FASE CONFALLA Y LAS FASES SANAS, LA DESIONIZACION DEL ARCOELECTRICO PRODUCIDO POR LA FALLA DEMORA MAS, LO QUEOBLIGA QUE EL TIEMPO DE PERMANENCIA DE FASES ABIERTAS

(TAMBIEN CONOCIDO COMOTIEMPO MUERTO) SEA MAYOR QUEEN EL CASO DE RECIERRES TRIFASICOS.

UNA DESVENTAJA DEL RECIERRE MONOFSICO ES LAPRESENCIA DEL ARCO SECUNDARIO EN LA FASE

DESCONECTADA, O CORRIENTE RESIDUAL QUE FLUYE ATRAVS DE LA FALLA DURANTE EL TIEMPO MUERTO DELRECIERRE


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ESQUEMA DE RECIERRE MONOFASICO PARA FALLA TRANSITORIA

OPERA REPONE

TIEMPO DEOPERACION

TIEMPO DE DURACION DE FALLA

SE ENERGIZABOBINA DE

DISPARO

CONTACTOSTOTALMENTEABIERTOS

ARCO SE

EXTINGUE

CONTACTOSPEGADOS

SE ENERGIZABOBINA DECIERRE

SE SEPARACONTACTOS

TIEMPO DEOPERACION

CONTACTOSCERRADOS

RELE

TIEMPO DECIERRE

TIEMPO MUERTO

RELE LISTO PARA

RESPONDER ENOTRA FALLA

INICIO DE

FALLA

TIEM PO

TIEMPO DEL PULSO DE CIERRE

TIEMPO DE REPOSICION

TIEMPO MUERTO

INICIO DERECIERRE PORPROTECCION

TIEMPO DE EXTINCIONDE ARCO

TIEMPO DEAPERTURA

INTERRUPTOR

RELE DE RECIERRE


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ESQUEMA DE RECIERRE MONOFASICO PARA FALLA PERMANENTE

REPONE

CONTACTOSABIERTOS

OPERA REPONE

TIEMPO DEOPERACION

TIEMPO DE DURACION DE FALLA


DISPARO

CONTACTOSTOTALMENTEABIERTOS

ARCO SEEXTINGUE

CONTACTOSPEGADOS


CIERRE

SE SEPARACONTACTOS

TIEMPO DEOPERACION

CONTACTOSCERRADOS

RELE

TIEMPO DECIERRE

TIEMPO MUERTO

RELE LISTO PARARESPONDER ENOTRA FALLA

INICIO DE

FALLA

TIEM PO

TIEMPO DEL PULSO DE CIERRE

TIEMPO DE REPOSICION

TIEMPO MUERTO

INICIO DERECIERRE PORPROTECCION

TIEMPO DE EXTINCIONDE ARCO

TIEMPO DEAPERTURA

INTERRUPTOR

RELE DE RECIERRE

OPERA

RECIERRASOBRE FALLA

ARCOEXTINGUIDO

SE SEPARACONTACTOS

BOBINA DE CIEEREENERGIZADA


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JUNIO-2014

EL ARCO SECUNDARIO

EL ARCO ELCTRICO QUE SURGE DURANTE UNA FALLA MONOFSICA EN UNA LNEA DETRANSMISIN PASA POR DOS ETAPAS:

EL ARCO PRIMARIO Y EL ARCO SECUNDARIO, ESTE ULTIMO SURGE LUEGO DE LADESCONEXIN DE LA FASE CON FALLA POR ACOPLAMIENTO CAPACITIVO DE LA FASE FALLADACON LAS FASES SANAS, PRESENTANDO CORRIENTES MENORES EN RELACIN AL ARCOPRIMARIO, GENERALMENTE EN ORDEN DE DECENAS A CENTENAS DE AMPERIOS.

LA DESIONIZACIN O RECUPERACIN DE LA RIGIDEZ DIELCTRICA DEL MEDIO, COMO SE LECONOCE EN ALTA TENSIN, COMIENZA EN EL INSTANTE EN QUE EL ARCO SE EXTINGUE,DENOTANDO UN CRECIMIENTO LINEAL .

A PARTIR DE ESTE PUNTO, LA CORRIENTE DE ARCO SECUNDARIO QUE APARECE EN ELSISTEMA UNA VEZ DESPEJADA LA FASE FALLADA, SE EXTINGUE EN CADA CRUCE POR CERO

HASTA LA EXTINCIN FINAL DEL ARCO, LA CUAL OCURRE CUANDO LA TENSIN DERECUPERACIN DEL MEDIO SUPERA A LA TENSIN IMPUESTA POR EL SISTEMA.

LA PROBLEMTICA DEL ESTUDIO DE LOS TIEMPOS DE EXTINCIN DEL ARCO SECUNDARIO SEHA VENIDO ANALIZANDO DESDE PRINCIPIO DEL SIGLO 19, SIN QUE HASTA AHORA SEDISPONGA DE MODELOS EXACTOS QUE INCORPOREN TODOS LOS FACTORES QUE INFLUYENSOBRE EL MISMO.


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EL ARCO SECUNDARIO


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TIEMPOS DE EXTINCION VS CORRIENTES DE ARCO SECUNDARIO


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NORMATIVIDAD

SE DEBE SIMULAR UNA FALLA MONOFSICA PARA CADA FASEEN LOS EXTREMOS Y EN PUNTOS INTERMEDIOS DE LAS LNEAS,PARTICULARMENTE EN LOS SITIOS DE TRANSPOSICIN,APROXIMADAMENTE A 1/6, Y 5/6 DE LA LONGITUD, CONAPERTURA POSTERIOR EN AMBOS EXTREMOS DE LA FASE ENFALLA, CON EL FIN DE OBSERVAR LA EXTINCIN DEL ARCOSECUNDARIO.

EL ANLISIS DE LAS FALLAS MONOFSICAS SE REALIZA

REPRESENTANDO UN MODELO DE ARCO SECUNDARIO CONUNA RESISTENCIA NO LINEAL. SE UTILIZA EL MODELO DE FALLADEFINIDO POR EL COES, QUE REPRESENTA LA FALLA CON UNARESISTENCIA NO LINEAL (MODELO TIPO 92 DEL ATP) LA CUALTIENE LOS SIGUIENTES PUNTOS DE LA CARACTERSTICA DECORRIENTE TENSIN:


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NORMATIVIDAD

UI


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JUNIO-2014

NORMATIVIDAD

PARA VERIFICAR LA EXTINCIN DEL ARCO SECUNDARIO SEUTILIZA EL CRITERIO DADO POR LA CURVA EXPERIMENTALCOES, EL CUAL DETERMINA LA ZONA DE EXTINCIN DEL ARCOLIMITADA POR LA CORRIENTE EFICAZ DE ARCO SECUNDARIODESPUS DE LA APERTURA DE INTERRUPTORES DE LA FASEFALLADA Y POR LA TENSIN (KVp) DEL PRIMER PICO DE TRV DELARCO EXTINGUIDO. EL CRITERIO SE MIDE MEDIANTE LOSSIGUIENTES INDICADORES:

ULTIMO PICO DE LA CORRIENTE DE ARCO SECUNDARIO

MENOR DE 40 APICO (28 ARMS). PRIMER PICO DE LA TENSIN DE RESTABLECIMIENTO MENOR

DE 80 KV. TASA DE CRECIMIENTO DE LA TENSIN SOPORTADA (RRRV) DE

8 KV/MS.


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NORMATIVIDAD

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0.00 28.28 40.00 56.56 70.71 84.85

ZONA DE EXTINCION DE ARCO SECUNDARIO

CESI

KApico

KVpico

COES

ZONA DEEXTINCION DEL

ARCO

ZONA DE

REENCENDIDO DEL

ARCO


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LINEAS DE TRANSMISION CON REACTORES DE

LINEA

LA PRESENCIA DEL REACTOR DE LINEA SE DEBEPRINCIPALMENTE POR DOS MOTIVOS:

COMPENSAR LA POTENCIA REACTIVA QUE LA LINEA EN VACIOPUEDE INYECTAR AL SISTEMA CAUSANDO SOBRETENSIONES.ESTA SITUACION PUEDE SUCEDER CON LINEAS DESDE 220 KVDEPENDIENDO DE LA LONGITUD.

EN LINEAS DE 400 KV O MAS, EL REACTOR ES NECESARIOPARA REDUCIR LOS VALORES DE ARCO SECUNDARIO. SI NO

SE CONSIDERA EL REACTOR DE LNEA MAS SU REACTANCIADE NEUTRO, LOS VALORES DE ARCO SECUNDARIOCALCULADOS SUPERAN LOS INDICADORES IMPUESTOS PORLA NORMA DEL COES.


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GRADO DE COMPENSACION

SE DEFINE EL GRADO DE COMPENSACIN SHUNT COMO:

KSH [%] = (QL / QC) *100

DONDE:

QL POTENCIA REACTIVA INDUCTIVA ABSORBIDA POR LOS REACTORES EN

DERIVACIN (SHUNT)QC POTENCIA REACTIVA CAPACITIVA INYECTADA POR LA LNEA

EL GRADO DE COMPENSACIN SHUNT CRTICO SE CALCULA A TRAVS DE:

SIENDO C0 Y C1 LAS CAPACITANCIAS DE SECUENCIA CERO Y POSITIVA DE LALNEA.


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GRADO DE COMPENSACION DE 70


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GRADO DE COMPENSACION CRITICA (88.4 )


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JUNIO-2014

CALCULO DE REACTANCIA DE NEUTRO

EL REACTOR DE LNEA, SI BIEN ES CIERTO REDUCE LASSOBRETENSIONES, EN LOS CASOS DE RECIERRESMONOFSICOS NO PUEDE DRENAR CARGAS ATRAPADAS,ORIGINANDO SOBRETENSIONES INDUCIDAS EN LA FASEDESCONECTADA DEBIDO A QUE EL REACTOR ENTRA ENRESONANCIA CON LA CAPACITANCIA DE ACOPLAMIENTO DE LAPROPIA LNEA. LA FRECUENCIA DE OSCILACIN ESPROPORCIONAL AL FACTOR DE COMPENSACIN DE LA LNEA. ELDECAIMIENTO ES LENTO, DEBIDO A LA ALTA RAZN X/R,HACIENDO QUE LA RECONEXIN DURANTE ESTA OSCILACIN,

EN UN INSTANTE DESFAVORABLE, PODRA ORIGINAR UNA GRANSOBRETENSIN CON EL CONSIGUIENTE RESTABLECIMIENTO DELARCO ELCTRICO DENOMINADO ARCO SECUNDARIO


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JUNIO-2014


UNA FORMA EFECTIVA DE REDUCIR LAS CARGAS ATRAPADASDURANTE EL TIEMPO "MUERTO" DEL PROCESO DE RECIERREMONOFSICO Y ANTES DE LA RECONEXIN, ES MEDIANTE LAINSTALACIN DE UNA REACTANCIA DE NEUTRO EN EL NEUTRODEL REACTOR DE LNEA.

LA FORMULA APROXIMADA PARA DETERMINAR EL VALOR DE LAREACTANCIA DE NEUTRO ES MEDIANTE LA FORMULA DEKIMBARK:

lbK

N

C

CK

C

C

X R

RN

..

100

1100

1100

3

1

1

1

0

1

0

Dnde:

b1 = Susceptancia de la lnea en secuencia positiva en/kml = Longitud de la lnea en km.NR= Nmero de bancos de reactores. Por ejemplo, si la lnea

esta compensada en ambos extremos debe considerarse2 bancos (NR = 2)

K= Porcentaje de compensacin en la lnea. Si la lnea estcompensada con NR bancos, la frmula es igual aQR*NR/QC


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LA FORMA MAS APROXIMADA DE DETERMINAR EL VALOR DE LA REACTANCIA DENEUTRO ES MEDIANTE EL ATP EL CUAL DA COMO RESULTADO EL SIGUIENTEGRAFICO:

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 1350 1400 1450 1500

REACTANCIA EN EL NEUTRO ()

VOLTAJE INDUCIDO EN FASE ABIERTAV

1000

00

REACTOR EN EXTREMO A

REACTOR EN EXTREMO B


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VERIFICACION DEL ARCO SECUNDARIO - CORRIENTES

arcs0.pl4: c:X0001A-FALLA

ARCS1.pl4: c:X0001A-FALLA

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0[s]

-70.0

-52.5

-35.0

-17.5

0.0

17.5

35.0

52.5

70.0

[A]


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VERIFICACION DEL ARCO SECUNDARIO - TENSIONES

arcs0.pl4: v:X0001A-FALLA

ARCS1.pl4: v:X0001A-FALLA

0.64 0.66 0.68 0.70 0.72 0.74 0.76 0.78[s]

-50

-25

0

25

50

75

100

125[kV]


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VERIFICACION DEL ARCO SECUNDARIO

VALORES DE LAS TENSIONES MXIMAS Y TASA DE CRECIMIENTO DE ARCOSECUNDARIO

SIN REACTOR DE LNEA: VMAX = 97.82 KV (EXCEDE EL INDICADORDEL COES)

dV/dT = 12.63 V/ms (EXCEDE EL INDICADORDEL COES)

CON REACTOR EN A: VMAX = 1.508 KVDV/DT = 0.21 V/MS

CON REACTOR EN B: VMAX = 14.23 KVDV/DT = 2.702 V/MS

VALORES DE LAS CORRIENTES DE ARCO SECUNDARIO

SIN REACTOR DE LNEA: I= 17.87 ACON REACTOR EN A: I= .28 ACON REACTOR EN B: I= 4.44 A


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EXTREMO EXTREMO PUNTO CIERRA ABRE CIERRA ABRE CIERR ABRE R S T R S T

0 0.03081 0.66381 0.03637 0.66937 0.04192 0.67492 0.13081 0.13637 0.14192 0.16381 0.16937 0.17492

1/6 0.03083 0.66383 0.03639 0.66939 0.04194 0.67494 0.13083 0.13639 0.14194 0.16383 0.16939 0.174941/2 0.03089 0.66389 0.03645 0.66945 0.04200 0.67500 0.13089 0.13645 0.14200 0.16389 0.16945 0.17500

5/6 0.03094 0.66394 0.03650 0.66950 0.04205 0.67505 0.13094 0.13650 0.14205 0.16394 0.16950 0.17505

1 0.03097 0.66397 0.03653 0.66953 0.04208 0.67508 0.13097 0.13653 0.14208 0.16397 0.16953 0.17508

0 1/6 1/2 5/6 1

EXTR. "A" EXTR. "B"

BA

ABRE INTERRUPTOR EXTREMO "A" ABRE INTERRUPTOR EXTREMO "B"

TIEMPOS EN SEGUNDOS DE SIMULACIONES DE V ERIFICACION DEL ARCO SECUNDARIO

UBICACINFALLA EN FASE

R

FALLA EN FASE

S

FALLA EN FASE

TLINEA


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UBICACIN DE LA FALLA

MONOFASICAARCHIVO ATP FASE I pico (A) Vr (kVpico)

dV/dt

(kV/ms)

Tiempo de

Ext. (ms)

A 9.36 23.10 3.87

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