Informe Recloser Seal Final

ESTUDIO DE COORDINACION DE PROTECCIONES

LÍNEA DE INTERCONEXION ORCOPAMPA - COTAHUASI

Aprobado por:

Jefe de proyecto/ Disciplina : C. Chilet ___________

Cliente / Representante : C. Vargas ___________

REV ELABORADO REVISADOEMITIDO

PARAFECHA CHK´D

A Rubén Ramírez C. ChiletRevisión Interna

11/12/2014

Comentarios:

Rev. / Fecha: de Diciembre de 2014

SEALSociedad Eléctrica del Sur Oeste

ESTUDIO DE COORDINACIÓN DE LAS PROTECCIONES

ÍNDICE

1. ALCANCES:......................................................................................................4

2. OBJETIVOS.......................................................................................................4

3. BASES TECNICAS............................................................................................4

4. SOFTWARE UTILIZADO...................................................................................4

5. DESCRIPCION DEL SISTEMA ELÉCTRICO....................................................5

5.1. SISTEMA ELÉCTRICO ORCOPAMPA.............................................................5

5.2. SISTEMA ELÉCTRICO COTAHUASI................................................................5

5.3. TRANSFORMADOR ELEVADOR C.H. CHOCOCO.........................................7

5.4. TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN S.E. ORCOPAMPA....................7

5.5. TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN S.E. COTAHUASI.......................8

6. EQUIPAMIENTO DE PROTECCIÓN................................................................8

Tabla 1 .Lista de reclosers.......................................................................................8

7. FLUJO DE POTENCIA......................................................................................9

8. CÁLCULO DE CORTOCIRCUITO.....................................................................9

9. FILOSOFÍA DE LA PROTECCIÓN..................................................................10

10. PROTECCIONES AGUAS ARRIBA................................................................11

11. CRITERIOS DE AJUSTE DE LOS DE LAS PROTECCIONES.......................11

12.1. AJUSTE DE RECLOSER REC_01: ENTEC EVRC2A..............................11

12.1.1. PICKUP CURRENT FASE (50P)...........................................................11

12.1.2. PICKUP HIGH CURRENT FASE (50P).................................................12

12.1.3. PICKUP CURRENT GROUND (51N)....................................................14


12.2. AJUSTE DE RECLOSER REC_P02 y REC_04........................................15





12.3. AJUSTE DE RECLOSER REC_03 y REC_P01........................................17



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12. TABLA DE AJUSTES DE LAS PROTECCIONES ELÉCTRICAS...................20

13. OBSERVACIONES..........................................................................................21

14. ANEXOS..........................................................................................................22

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ESTUDIO DE COORDINACIÓN DE LAS PROTECCIONES DE MT

PARA EL SISTEMA ELÉCTRICO ORCOPAMPA - COTAHUASI

1. ALCANCES:

Determinar los ajustes de la unidad de control del Reclosers ubicados en el Sistema Eléctrico Orcopampa – Cotahuasi, estableciendo una adecuada coordinación entre ellos.

2. OBJETIVOS

Obtener el flujo de potencia.

Calcular los niveles de cortocircuito.

Determinar el ajuste de las protecciones eléctricas de fase y tierra.

Desarrollar las curvas de coordinación de las protecciones eléctricas.

3. BASES TECNICAS

ANSI/IEEE Standard C37.110-1996 “IEEE Guide for the Application of

Current Transformers Used for Protective Relaying Purposes”.

COES. Criterios de Ajuste y Coordinación de los Sistemas de Protección del

SEIN - Julio 2014.

IEEE C37.112 Standard Inverse-Time Characteristic Equations for

overcurrent Relays

4. SOFTWARE UTILIZADO

El software utilizado para realizar el análisis, las simulaciones de flujo de carga y cortocircuito y coordinación eléctrica de protecciones es el ETAP Power Station versión 12.6 bajo entorno Windows, que es una poderosa herramienta de ingeniería que permite simular redes eléctricas de potencia y de distribución para facilitar su planificación, diseño y operación.

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5. DESCRIPCION DEL SISTEMA ELÉCTRICO

5.1. SISTEMA ELÉCTRICO ORCOPAMPA

El sistema eléctrico de Orcopampa parte de la Subestación Eléctrica Huancarama, la cual se interconecta al Sistema Interconectado Nacional - SINAC mediante el transformador de potencia 6/8 MVA 66/22.9 kV ONAN ONAF. El nivel de tensión de distribución sistema trifásico es en 22.9 kV y monofásico (MRT) es 13.2 kV

El nivel de cortocircuito en la barra de Huancarama 22.9 kV es:

Scc trifásico. = 77 MVA Scc monofásico = 30 MVA

En la S.E Huancarama, se cuenta con protección mediante relé ALSTOM modelo P122 y recloser ENTEC con controlador EVRCA.

La S.E Huancarama se interconecta con la barra de Misapuquio 22.9 kV mediante una línea aérea de 12.89 Km, los primeros 9.1 kilómetros con conductor de Al de calibre 70 mm2 y los últimos 3.72 kilómetros calibre 50 mm2.

En la barra Misapuquio 22.9 kV, se cuenta con protección mediante recloser WHIPP & BOURNE con controlador POLARR.

En ese punto parte la línea de interconexión de los sistemas Orcopampa y Cotahuasi, la cual comprende una línea aérea de 45 Km, empleando conductor de aleación de aluminio de calibre 95 mm2; para lo cual se ha dotado de protección mediante dos reclosers ubicados al inicio y al final de la línea de interconexión, marca NOJA con controlador OSM27.

5.2. SISTEMA ELÉCTRICO COTAHUASI

Anterior a la ejecución de la línea de interconexión de los sistemas Orcopampa y Cotahuasi interconexión, este último era un sistema aislado el cual era suministrado de energía eléctrica por la Mini Central Hidroeléctrica Chococo, con una capacidad instalada de 566 kW.

A la salida de la C.H. Chococo se cuenta con el Recloser monofásico marca JOSLYN modelo TRIMOD.

A continuación se muestra el diagrama unifilar del sistema eléctrico.

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Fig. 1 - ESQUEMA UNIFILAR DEL SISTEMA ELÉCTRICO ORCOPAMPA-COTAHUASI

6


1

7


5.3. TRANSFORMADOR ELEVADOR C.H. CHOCOCO

La C.H. Chococo cuenta con un transformador de distribución con las siguientes características:

- Potencia nominal : 1 MVA

- Relación de transformación : 23/0.4 Kv

- Corriente nominal primario : 25.1 A

- Corriente nominal secundario : 1443 A

- Tipo de refrigeración : ONAN

- Grupo de conexión : Dy11

- Tensión de cortocircuito : 24 %

5.4. TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN S.E. ORCOPAMPA

La siguiente tabla muestra los transformadores de distribución existentes en el sistema eléctrico Orcopampa, indicando su potencia y cantidad:

TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN EN ORCOPAMPA

POTENCIA(KVA)

CANTIDAD

5 3

10 9

15 4

25 3

40 2

50 3

75 4

100 3

TOTAL 31

POTENCIA INSTALADA

1070 KVA

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5.5. TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN S.E. COTAHUASI

La siguiente tabla muestra los transformadores de distribución existentes en el sistema eléctrico Cotahuasi, indicando su potencia y cantidad:

TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN EN COTAHUASI

KVA CANTIDAD

10 3

15 4

25 25

37.5 11

40 14

50 2

75 2

250 1

TOTAL 62

POTENCIA INSTALADA

2178.5 KVA

6. EQUIPAMIENTO DE PROTECCIÓN

La siguiente tabla muestra los reclosers involucrados en el estudio.

UBICACIÓN KV EQUIPO CÓDIGO RECLOSER CONTROLADOR TC

S.E.HUANCARAMA 22.9 Recloser REC-01 ENTEC EVRC 2A 400/1

MISAPUQUIO 22.9 Recloser REC-03 W&B POLAR 100/1

MISAPUQUIO 22.9 Recloser REC-P01 NOJA OSM 27 100/1

COTAHUASI 0.40 Recloser REC-P02 NOJA OSM 27 100/1

C.H. CHOCOCO 22.9 Recloser REC-04 JOSLYN TRIMOD -

Tabla 1 .Lista de reclosers

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7. FLUJO DE POTENCIA

El objetivo del flujo de potencia es analizar el comportamiento del sistema eléctrico en operación normal con la finalidad de evaluar los niveles de tensión en barras, así como los flujos de potencia activa y reactiva para verificar las capacidades de transmisión los mismos que puedan afectar a la operación normal del sistema.

De acuerdo a lo previsto se tiene el siguiente resultado del flujo de potencia, en la tabla siguiente:

CIRCUITO

RESULTADOS DEL FLUJO DE POTENCIA

Tensión (V)

Tensión (p.u)

Corriente (A)

Potencia Activa (kW)

Potencia Reactiva (kVAR)

Factor de

Potencia

BARRA S.E. HUANCARAM

A22.9 1 33.00 1308 82 0.99

BARRA MISAPUQUIO

22.57 0.986 17.50 675 179 0.94

BARRA COTAHUASI

22.35 0.976 17.80 685 55 0.99

BARRA C.H. CHOCOCO

22.9 1 378.00 198 171 0.76

Tabla 2: Resultados del flujo de potencia

8. CÁLCULO DE CORTOCIRCUITO

El propósito del estudio de cortocircuito es determinar los niveles de falla, producto de un cortocircuito trifásico, bifásico, bifásico a tierra y monofásico a tierra.

La tabla siguiente muestra los resultados máximos obtenidos al emplear el software Etap, versión 12.6 y mediante la norma IEC 60909 se realizaron las simulaciones.

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RESULTADOS DE LOS CORTOCIRCUITOS EN LAS BARRAS PRINCIPALES

Barra KVCorriente de cortocircuito trifásica (kA)

Corriente de cortocircuito bifásica (kA)

Corriente de cortocircuito

bifásica a tierra (kA)

Corriente de cortocircuito monofásica a tierra (kA)40 ohmios

BARRA CHOCOCO 0.4 11.928 20.494 10.496 0.006

BARRA COTAHUASI

22.9

0.428 0.371 0.409 0.210

BARRA HUANCARAMA

22.9

2.491 2.166 2.252 0.349

BARRA MISAPUQUIO

22.9

1.138 0.986 1.042 0.289

Tabla 3: Resultados de cortocircuitos

9. FILOSOFÍA DE LA PROTECCIÓN

La coordinacion entre dos o mas reclosers instalados en serie, tienen como objetivo limitar las interrupciones en el menor tramo posible de la línea. Para conseguir coordinacion entre reclosers instalados en serie se recomienda que para cualquiera falla transitoria o permanente, el recloser mas próximo a esta debe anticipar su actuación y abrir, sin dejar que los otros reconectadores operen.

El corriente nominal de ajuste de fase 51P del recloser deberá ser mayor a la máxima corriente de carga medida multiplicada por un factor de crecimiento de carga el cual no debe ser menor de 1.2

El seteo de la funcion de sobrecorriente instantánea 50P debe permitir la energización de los transformadores de distribución existentes en el sistema eléctrico. Asi mismo dicho ajuste debe ser menor que la corriente de cortocircuito bifásico dentro de su zona de protección multiplicada por un factor mínimo de 0.7.

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10.PROTECCIONES AGUAS ARRIBA

Para el ajuste de los reclorsers existentes en el sistema eléctrico Orcopampa – Cotahuasi, se tomará como referencia los parámetros de la protección en la S.E Huancarama, en donde se cuenta con un relé de las siguientes características:

Tabla 4: Ajustes del relé de la S.E. Huancarama

11.CRITERIOS DE AJUSTE DE LOS DE LAS PROTECCIONES

12.1. AJUSTE DE RECLOSER REC_01: ENTEC EVRC2A

Este relé está ubicado en la SE. HUANCARAMA 22.9kV, que alimenta al sistema eléctrico de Orcopampa.

12.1.1. PICKUP CURRENT FASE (50P)

El ajuste de corriente tendrá en cuenta la máxima corriente de carga, incluyendo un factor de seguridad.

I51P1 > KF * ILOAD

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AJUSTE DEL RELÉ DE LA S.E. HUANCARAMA

MARCA DEL RELÉ ALSTOM

TIPO P122

TCINtc1 (A) = 250

INtc2 (A) = 1

PROTECCIÓNDE FASE

Tipo de curva IEC Tiempo Definido

I51P (p.u.) 1 I51P (A) = 250

Tp = 0.1 s

I50P (p.u.) = - I50P (A) = -

Retardo (ms) = -


De los resultados del flujo de potencia, la corriente de carga en la barra Huancarama 22.9kV (punto donde se encuentra instalado el recloser), es de 49.4 A.

Asumiendo un factor KF de 1,2.

En el lado primario,

I51P1 > 1,2 * 49.4 A = 59.28A

Escogeremos un pick-up inmediatamente arriba, que es 60 A

I 51P1=60 A

12.1.2. PICKUP HIGH CURRENT FASE (50P)

Primer criterio:

Para poder obtener la corriente INRUSH para 100ms se ha tomado en cuenta el factor multiplicativo relacionado con el número de transformadores.

NÚMERO DE TRANSFORMADORES

FACTOR MULTIPLICATIVO

1 12.0

2 8.3

3 7.6

4 7.2

5 6.8

6 6.6

7 6.4

8 6.3

9 6.2

10 6.1

> 10 6.0

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Tabla 5: Factor de multiplicación INRUSH

La unidad instantánea no deberá actuar con la corriente de magnetización de los transformadores instalados en el alimentador, en este caso para más de 10 transformadores.

I 50P>I INRUSH

RTC=6× I N

RTC

I50P: es el “tap” de la unidad instantánea de fase.

IINRUSH: es el valor de la corriente “inrush” de todos los transformadores del alimentador.

IN: es la suma de las corrientes nominales de todos los transformadores del alimentador.

RTC: Es la relación de transformación del transformador de corriente.

Para el caso de los transformadores monofásicos: más de 10 transformadores.

I N=235KVA13.2

I N=17.8 A

I INRUSH=6×17.8 A

I INRUSH=106.8 A

Para el caso de los transformadores trifásicos: más de 10 transformadores.

I N= 835 kVA

√3×22.9

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I N=21.05 A

I INRUSH=11.35 x6

I INRUSH=126.31

En total el In-rush de transformadores monofásicos y trifásicos es:

I INRUSH TOTAL=233.11

Segundo criterio:

I 50P<0.8 xIcc ¨ 2

Icc ¨ 3: es la corriente de cortocircuito trifásica en la barra de la S.E. Huancarama en 22.9kV

I 50P<0.8 x2.252

I 50P<1.8kA

Por lo tanto:

1801> I50 P>233 A

Ajuste de la unidad I50P:

Finalmente, tomado en cuenta los dos criterios tenemos:

I 50P=1600 A

12.1.3. PICKUP CURRENT GROUND (51N)

Debido a que el sistema eléctrico tiene el régimen del neutro sólidamente aterrado, contribuye en la falla monofásica a tierra. En principio se respetarán los ajustes previamente seteados.

Por lo tanto:

I 51N=20 A

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El ajuste de esta función, se debe de activar al siguiente valor:

I 50N ≤80% I Fttmin

I 50N ≤0.8∗349 A

I 50N ≤279 A

Ajuste de la unidad I50N:

Finalmente, se ajusta al siguiente valor:

I 50N=160 A

12.2. AJUSTE DE RECLOSER REC_P02 y REC_04

El ajuste de protección de corriente para los siguientes relés en principio es el mismo, debido a que todos ellos alimentan a la carga del Valle de Cotahuasi, sin embargo el tiempo de actuación de estos es el que asegurará la coordinación y selectividad entre ellos.


El ajuste de corriente tendrá en cuenta la máxima corriente de carga, incluyendo un factor de seguridad.

I51P1 > KF * ILOAD

De los resultados del flujo de potencia, la corriente de carga en la barra Cotahuasi 22.9kV (punto donde se encuentra instalado el recloser), es de 13.64 A. Ademas se tiene previsto una incorporación del SET Cotahuasi III Etapa con una carga aproximada de 4.2 A, suman un consumo total de 17.84 A.

Asumiendo un factor KF de 1.2 debido a que

En el lado primario,

I51P1 > 1,2 * 17.84 A = 21.4 A

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Escogeremos un pick-up de 22 A

I 51P1=22 A


Para poder obtener la corriente INRUSH para 100ms se ha tomado en cuenta el factor multiplicativo relacionado con el número de transformadores. Revisar Tabla 5. Factor multiplicador para Inrush.

La unidad instantánea no deberá actuar con la corriente de magnetización de los transformadores instalados en el alimentador, en este caso para más de 10 transformadores.

I 50P>I INRUSH

RTC=6× I N

RTC

Para el caso de los transformadores monofásico: más de 10 transformadores.

I N=1675KVA13.2

I N=126.89 A

I INRUSH=6×761 A

I INRUSH=761 A

Para el caso de los transformadores trifásicos: 6 transformadores

I N= 512kVA

√3×22.9

I N=12.94 A

I INRUSH=11.35 x6.6

I INRUSH=74.91

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Se recomienda no habilitar la función de sobrecorriente instantánea 50P en este punto.


A fin de coordinar con la protección aguas arriba el ajuste será el siguiente:

Por lo tanto:

I 51N=15 A




I 50N ≤0.8∗210 A

I 50N ≤168 A



I 50N=75 A

12.3. AJUSTE DE RECLOSER REC_03 y REC_P01

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El ajuste de protección de corriente para los siguientes relés en principio es el mismo, debido a que todos ellos alimentan a la carga del Valle de Cotahuasi, sin embargo el tiempo de actuación de estos es el que asegurará la coordinación y selectividad entre ellos.


Debido a que la máxima corriente de carga es el mismo que en la Barra Misapuquio se mantendrán los mismos ajustes, siendo el tiempo de actuación el que determine la coordinación de protecciones.

I 51P1=22 A


Primer criterio:

El primer criterio es el mismo que en el caso de los reclosers REC_P02 Y REC_04



Segundo criterio:

Icc ¨ 3: es la corriente de cortocircuito trifásica en la barra de la S.E. Misapuquio en 22.9kV

I 50P<0.8 x1.042

I 50P<1.121K A

Por lo tanto:

1121> I 50P>835.91 A

Ajuste de la unidad I50P:

Finalmente, tomado en cuenta los dos criterios tenemos:

I 50P=850 A

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A fin de coordinar con la protección aguas arriba el ajuste será el siguiente:

Por lo tanto:

I 51N=15 A




I 50N ≤0.8∗289 A

I 50N ≤231 A



I 50N=90 A

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12.TABLA DE AJUSTES DE LAS PROTECCIONES ELÉCTRICAS

A continuación se presentan los ajustes de las protecciones de fase y tierra para los reclosers pertenecientes al sistema eléctrico Orcopampa – Cotahuasi

PROTECCION DE SOBRECORRIENTE DE FASES 50P / 51P

DELAY FAST

Relé Modelo Ubic. Código TC I>(A) Curvat>

(Dial)

I>>(A)

t>>(ms) 51P curva

t>(Dial)

50P(A)

t>>(ms)

MICOM P122 Huancarama 250/1 250 IEC SI 0.1 - - - - - - -ENTEC EVRC2A REC_01 400/1 60 IEC VI 0.2 1600 0.1 60 A(101) 0.2 1600 0.1W&B POLARR REC_03 100/1 22 IEC VI 0.24 850 0.08 22 A(101) 0.24 850 0.08NOJA OSM27 REC_P01 100/1 22 IEC VI 0.22 850 0.05 22 A(101) 0.22 850 0.05NOJA OSM27 REC_P02 100/1 22 IEC VI 0.1 - - 22 A(101) 0.1 - -JOSLYN TRIMOD REC_04 - 22 IEC NI 1.5 - - 22 A 1.5 - -

PROTECCION DE SOBRECORRIENTE DE TIERRA 50N / 51N

DELAY FAST

Relé Modelo Código TC Io>(A) curva to>(Dial)

Io>>(A) to>>(ms)

ISEF tSEFIo>(A)

curva to>(Dial)

Io>>(A) to>>(ms)

ISEF tSEF

ENTEC EVRC2A

REC_01 400/1 20 IEC SI 0.15 160 0.1 9.2 4 20 IEC SI 1.15 160 0.1 - -

W&B POLARR REC_03 100/1 15 IEC SI 0.12 90 0.8 - - 15 IEC SI 0.12 90 0.8 - -NOJA OSM27 REC_P01 100/1 15 IEC SI 0.08 90 0.04 - - 15 IEC SI 0.08 75 0.04 - -NOJA OSM27 REC_P02 100/1 15 IEC SI 0.05 75 0.04 - - 15 IEC SI 0.05 75 0.04 - -


JOSLYN TRIMOD

REC_04 - - - - - - - - - - - - - - -

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13.OBSERVACIONES

Se ha considerado como protección aguas arriba, a la protección ubicada en la S.E. Huancarama 22.9 kV, cuyos ajustes fueron desarrollados en el Estudio de Coordinación de Protecciones de Orcopampa desarrollado por SEAL en Marzo del 2013.

Para el ajuste de las protecciones de sobrecorriente de fase, se ha tomado en cuenta los valores de máxima demanda en la S.E. Huancarama y C.H. Chococo; los cuales fueron proporcionados por la empresa SEAL.

Las protecciones de sobrecorriente de tierra 50N/51N, protegen al sistema contra fallas a tierra. Ya que el régimen del neutro es sólidamente puesto a tierra, es innecesario activar las protecciones SEF (Función Sensitiva a Tierra),

Para el ajuste de la función de protección de sobrecorriente instantánea 50P se ha considerado que dicho ajuste permita la energización de los transformadores de distribución del sistema eléctrico (INRUSH). Asimismo el ajuste debe ser menor a la corriente de cortocircuito bifásica por un factor de 0.7.

Se hace hincapié que las funciones de protección de sobrecorriente de fase de los reclosers REC_03 y REC_P02 deben ser direccionales (67P). Por lo que se recomienda corroborar que el controlador modelo POLARR recloser REC_03 con cuente con la función direccional. De no contar con dicha función, se recomienda permutar la ubicación de los recloser REC_03 y REC_P01.


14.ANEXOS

ANEXO 1: FLUJO DE POTENCIA

ANEXO 2: CÁLCULO DE CORTOCIRCUITO

ANEXO 3: CURVAS DE COORDINACIÓN DE FASE

ANEXO 4: CURVAS DE COORDINACIÓN DE FALLA A TIERRA.

ANEXO 5: ESQUEMA UNIFILAR DEL SISTEMA ELECTRICO

ANEXO 6: PLANTILLA DE AJUSTES

ANEXO 7: CATALOGO DEL RECLOSER NOJA OSM 27

ANEXO 8: CATALOGO DEL RECLOSER W&B POLARR

ANEXO 9: CATALOGO DEL RECLOSER ENTEC EVRC

ANEXO 10: CATALOGO DEL RECLOSER JOSLYN TRIMOD

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