Módulo 05 - Transformador de Potencial.doc

8/18/2019 Módulo 05 - Transformador de Potencial.doc

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e Projetos

Elétricos

Consultoria Proteção de Sistemas Elétricos

1 – Transformador de Potencial


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Elétricos


1 - INTRODUÇO

Os transformadores de potencial são equipamentos que permitem aos instrumentos demedição e proteção funcionarem adequadamente sem que seja necessário possuir tensão deisolamento de acordo com a da rede à qual estão ligados.

Transformador de corrente

Anel deequalizaçãode potencial

Transformadorde potencial

Terminal

detensão

Isolador de porcelana

Suporte deconcreto armado

Caixa do núcleo

!i"# $#1 – Instalação de %m con&%nto TP – T' !i"# $#( – Instalação de %m TP

( – Transformador de Potencial


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Consultoria Proteção de Sistemas Elétricos Na sua forma mais simples, os transformadores de potencial possuem um enrolamentoprimário de muitas espiras e um enrolamento secundário através do qual se obtém a tensão

desejada, normalmente padronizada em ! " ou3115

". #essa forma, os instrumentos deproteção e medição são dimensionados em taman$os reduzidos com bobinas e demaiscomponentes de bai%a isolação.Os transformadores de potencial são equipamentos utilizados para suprir aparel$os queapresentam elevada imped&ncia, tais como volt'metros, relés de tensão, bobinas de tensão demedidores de energia, etc.Os transformadores para instrumentos ()* e )+ devem fornecer corrente e-ou tensão aosinstrumentos conectados nos seus enrolamentos secundários de forma a atender as seguintes

prescriçes/• o circuito secundário deve ser galvanicamente separado e isolado do primário a fim de

proporcionar segurança aos operadores dos instrumentos ligados ao TP e TC;

• a medida da grandeza elétrica deve ser adequada aos instrumentos que serão utilizados,

tais como relés, medidores de energia, medidores de tensão, corrente, etc.

( - ')R)'TER*STI')S 'ONSTRUTI+)S

(#1 - Transformadores a ,leo mineral

(#( - Transformadores a seco

(# - Transformadores de .otencial do ti.o ind%ti/o

0ão, desta forma, constru'dos basicamente todos os transformadores de potencial parautilização até a tensão de 12 3", por apresentarem custo de produção inferior ao do tipo – Transformador de Potencial


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Elétricos

Consultoria Proteção de Sistemas Elétricos capacitivo. Os transformadores de potencial indutivo são dotados de um enrolamento primárioenvolvendo um n4cleo de ferro5sil'cio que é comum ao enrolamento secundário, conforme se

mostra na 6ig. 7.1.

Enrolamentoprimário

H 2

H

Enrolamentosecundário

!2

"úcleo de ferro

!

!i"# $# – Re.resentação de %m transformador de .otencial

Os transformadores de potencial indutivos são constru'dos segundo tr8s grupos de ligação

previstos pela N9: 72!! 5 )ransformadores de potencial 5 ;specificação/• Grupo ! são aqueles pro"etados para ligação entre fases. #ão $asicamente os do tipo

utilizado nos sistemas de até %&,' (). *s transformadores enquadrados nesse grupo devemsuportar continuamente + de so$recarga. - ig. /.& mostra um transformador de potencial do grupo , em 0leo mineral, classe ' (). 1á a ig. /.' mostra um TP do mesmogrupo, em ep02i.



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Elétricos


Terminalprimário

Tanquede #leo

$uc%aprimária

&laca deidentificação

Terminais secundários

Classe ' ()*+,

&laca deidentificação

Corpo defi-ra

Terminal

primário

$ase deapoio

Terminalsecundário

!i"# $#0 – TP de 1 2+3 ti.o ,leo mineral !i"# $# – TP de 1 2+3 isolação a seco

• Grupo 3 ! são aqueles pro"etados para ligação entre fase e neutro de sistemas diretamente

aterrados, isto é4 1≤ p

z

X

R, sendo z R o valor resist5ncia de seq65ncia zero do sistema e p X o

valor reat7ncia de seq65ncia positiva do sistema.

• Grupo % ! são aqueles pro"etados para ligação entre fase e neutro de sistemas onde não se

garanta a eficácia do aterramento.

– Transformador de Potencial


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Consultoria Proteção de Sistemas Elétricos Os transformadores enquadrados nos grupos < e 1 são constru'dos segundo a 6ig. 7.7.

H

!2

!

"úcleo do ferro

Enrolamento

secundárioEnrolamento

Aterramento

!i"# $#$ – Re.resentação dos transformadores de .otencial dos "r%.os ( e

$ – Transformador de Potencial


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Aterramento

H

Enrolamento primário

'. /)

Enrolamento

secundário

"úcleo de ferro

' )

!2

!

Tanques deexpansão

Terminal

primário

Isoladorcoluna

$ase

!i"# $#4 – Re.resentação de %m TP com deri/ação !i"# $#5 – TP da classe (6 2+

= tensão primária destes transformadores corresponde à tensão de fase da rede, enquanto nosecundário as tenses podem ser de 3115 " ou ! ", ou ainda as duas tensesmencionadas, obtidas através de uma derivação, conforme se mostra na 6ig. 7.>. = 6ig. 7.2mostra um transformador de potencial do grupo


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Consultoria Proteção de Sistemas Elétricos ;%istem transformadores de potencial que devido a classe de tensão e consequentemente assuas dimenses são constitu'das de duas partes acopladas formando uma 4nica unidade de

conformidade com a 6ig. 7.A.(#0 - Transformador de .otencial do ti.o ca.aciti/o

Os transformadores deste tipo são constru'dos basicamente com a utilização de dois conjuntosde capacitores que servem para fornecer um divisor de tensão e permitir a comunicaçãoatravés do sistema carrier . 0ão constru'dos normalmente para tenses iguais ou superiores a12 3" e apresentam como esquema básico a 6ig. [email protected] transformador de potencial capacitivo é constitu'do de um divisor capacitivo, cujas células

que formam o condensador são ligadas em série e o conjunto fica imerso no interior de uminv?lucro de porcelana. O divisor capacitivo é ligado entre fase e terra. Bma derivaçãointermediária alimenta um grupo de medida de média tensão que compreende, basicamente,os seguintes elementos/

• um transformador de potencial ligado na derivação intermediária, através de um ponto de

cone2ão e fornecendo as tens8es secundárias dese"adas;

• um reator de compensação a"ustável para controlar as quedas de tensão e a defasagem no

divisor capacitivo, na freq65ncia nominal, independentemente da carga, porém nos limites previstos pela classe de e2atidão considerada;

• um dispositivo de amortecimento dos fen9menos de ferro!resson7ncia.

= não ser pela classe de e%atidão, os transformadores de potencial não se diferenciam entreaqueles destinados à medição e à proteção. +ontudo, são classificados de acordo com o erroque introduzem nos valores medidos no secundário.



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Consultoria Proteção de Sistemas Elétricos = 6ig. 7.@ mostra um transformador de potencial capacitivo, detal$ando as suas partescomponentes.

Terminal primário

$ase

Anel de

efeito corona

"úcleo e

enrolamento

Terminal secundário

Caixa dos terminais

secundários


superior

Caminsa de alum0nio

de fec%amento


inferior

Tampa de 1edação

Conexão entre as

duas unidades

,anmetro de pressãodo #leo

3nidade capaciti1a


Sela4em

Isolação em #leo

*iafrá4ma

3nidade capaciti1a


Tanque

Circuito contra ferro5rresson6ncia

Transformador de m7dia tensão

Caixa de terminal de -aixa tensão

Indut6ncias s7rie

!i"# $#7 – TP ind%ti/o !i"# $#16 – TP ca.aciti/o

- ')R)'TER*STI')S E89TRI')S

#1 - Erro de relação de transformação7 – Transformador de Potencial


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Consultoria Proteção de Sistemas Elétricos ;ste tipo de erro é registrado na medição de tensão com )*, onde a tensão primária nãocorresponde e%atamente ao produto da tensão lida no secundário pela relação detransformação de potencial nominal. ;ste erro pode ser corrigido através do fator de correçãode relação ( ) FCR . O produto entre a relação de transformação de potencial nominal ( ) RTP e ofator de correção de relação resulta na relação de transformação de potencial real )r RTP , ouseja/

RTP

RTP FCR r r =

6inalmente, o erro de relação pode ser calculado percentualmente através da ;q. (7.


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Elétricos


89

:n4ulo de ;ase em ,inutos

; a t o r d e C o r r e ç ã o d a + e l a ç ã o

5?9

@@9

Atrasado

5B9 5'959

@@2

@@

@@?

992

999

@@D

5/9 529 59 9

99

99D

99

99?

92

9?

Adiantado

8/9829 8?9 8'9 8B989@@

@DD

Classe 9

Classe 9/

Classe 2

6ig. 7. D Eráficos de classe de e%atidão dos transformadores de potencial

Os valores percentuais de p FCR podem ser encontrados nos gráficos da 6ig. 7., quecompreendem às classes de e%atidão @,1 5 @,7 5 , , o fator de correção de relação percentual %100 pε

o valor real da tensão primária é menor que o produto sV RTP × ;



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Consultoria Proteção de Sistemas Elétricos • se o r RTP RTP < , o fator de correção de relação percentual %100> p FCR e o erro de relação %;0


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Consultoria Proteção de Sistemas Elétricos p

FCT 5 é o fator de correção de transformação que considera tanto o erro de relação detransformação p FCR , como o erro do &ngulo de fase, nos processos de medição de pot8ncia. =relação entre o &ngulo de fase ( )γ e o fator de correção de relação é dado nos gráficos da 6ig.7.


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Consultoria Proteção de Sistemas Elétricos • ensaio a + da tensão nominal.

Os transformadores de potencial, segundo a N9: 72!!, podem apresentar as seguintes

classes de e%atidão/ @,1 5 @,7 5 ,


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Consultoria Proteção de Sistemas Elétricos s E 5 força eletromotriz induzida no secundárioJ

pV 5 tensão primáriaJ

sV 5 tensão secundáriaJ p I 5 corrente primáriaJ

s I 5 corrente secundáriaJ

+p x Ip

!p x Ip

5)s

5Ep

Ip

Ie

Iϕ

Ie

φ

Ep

Es

)p

Tensão

!s x Is

+s x Is

Is

φ

)s

γ

p)

+

Ip

"p

!p+ p

"s

F

Is

)s

s !s



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Consultoria Proteção de Sistemas Elétricos !i"# $#10 – Dia"rama fosorial de %m TP !i"# $#1 – 'irc%ito TP

E:E;P8O DE )P8I')ÇO

No ensaio de um transformador de potencial de 1.2@@5! ", grupo de ligação , foramanotados os seguintes resultados/

• tensão primária aplicada4 %.++ );

• tensão secundária medida4 %,/ );

• erro do 7ngulo de fase4 !3&


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Consultoria Proteção de Sistemas Elétricos • >rro de relação percentual

%225,1225,101100100 −=−=−= p p FCRε

No caso em questão, o erro, relativamente à tensão primária, é dito por falta, pois o valor quese iria indicar para ela era de/

V632.131206,113 =×=×= r s p RTP V V

Ksto daria uma diferença real de/V168632.13800.13 =−=∆ pV

9

:n4ulo de ;ase em ,inutos

59/2

Atrasado5/B 5DD 5/??

9G@@D99

9G@@B99

G99999

9G@@@99

G9999

G99/99

G99299

5/?? D 9/2

Adiantado

;atordecorreçãoderelação;C

+

; &

H 9 G

9

2' )A

2' )A

B' )A

299 )A

?99 )A ; & H 9 G C D

; & H 9 G B 9 ; &

H 9 G D ' ;

& H 9 G @ ?

;& 9

Classe 9/

9 )A

!i"# $#1$ – '%r/a de ensaio de e=atidão> erro de


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Consultoria Proteção de Sistemas Elétricos ct

γ 5 &ngulo de fase compreendendo a carga e os condutores do circuito secundário, em ( )' Jγ 5 &ngulo de fase, dado pela ;q. (7.!.


+onsiderando os dados oferecidos no ;%emplo de =plicação anterior, determinar o fator decorreção de relação total e o &ngulo de fase total.

• ator de correção de relação, FCR

#e acordo com a ;q. (7., tem5se/

996,0350

6,348 === RTP RTP FCR r r

( )6,348

100

4,0100350=

−×=

r RTP

3501:350 == RTP

#a ;q. (7.1, tem5se/ p p

FCR−= 100ε

%6,994,0100100 =−=−=

p FCR ε

#a ;q. (7.C, tem5se/

100×= RTP

RTP FCR

r

p I %6,99100350

6,348=×

6,348100

6,99350

100=

×=

×= p

r

FCR RTP RTP

• ator de correção de relação de carga secundária

(6 – Transformador de Potencial


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Consultoria Proteção de Sistemas Elétricos ( )θ θ sencos ×+××

×

+=cc

s

cc

r ct X R

V

L I FCR FCR

×+×

××

+= 000.152,01207,085,02221,2

115

18028,3

996,0ct FCR

mm2221,2 Ω=c

R ()abela C.1mm1207,0 Ω=

c X ()abela C.1

85,0cos =θ

( ) 52,085,0cossensen == ar θ

0060,101001,0996,0 =+=ct FCR

ou/ %60,100=ctp FCR

• @esvio angular total

#a ;q. (7.>, tem5se/

( )φ φ γ γ cossen438.3

×+××××

+= cc

s

cc

ct X RV

L I

'10+=γ

×+××××+=

1000

85,01207,052,02221,2

115

18028,3438.310ct γ

20,3220,2210 =+=ct γ

*ode5se perceber através da 6ig. 7. que, nessas condiçes, o )* mantém, no limite, a suaclasse de e%atidão @,7. Ksto é obtido considerando5se 20,32=ct γ e '60,100=ctp FCR .O fator de pot8ncia da carga e%erce uma grande influ8ncia na e%atidão de uma medidaefetuada com um transformador de potencial. *ara comprovar esta afirmativa basta analisar a



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Consultoria Proteção de Sistemas Elétricos 6ig. 7.7 em que se fez variar o fator de pot8ncia de uma carga padronizada de C@@ "= ligadaa um )* de @,1*C@@ entre @ e ,@@. *ode5se observar que o )* mantém a sua classe dee%atidão no intervalo do fator de pot8ncia de @,72 a @,AC. á para uma carga menor,


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Consultoria Proteção de Sistemas Elétricos secundário, como por e2emplo4 31151153800.13 − , que corresponde a um TP do grupo ou%, com um enrolamento primário e um enrolamento secundário com derivação.

$## - 'ar"as nominais = soma das cargas que são acopladas a um transformador de potencial deve ser compat'velcom a carga nominal deste equipamento padronizada pela N9: 72!1 e dada na )abela 7.


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Elétricos


Cargas nominais Características a 60 Hz e 120 V Caracterísitcas a 60 Hz e 66,3 V

Po&-ncia a&or "e (esis+ /n"+ /m$e+ (esis+ /n"+ /m$e+

a$aren&e $o&-ncia &-ncia &ncia "ncia &-ncia &ncia "ncia

A A/ VA + m m m m m m

P12,5 12,5 0,10 115,2 3.402 1.152 38,4 1.014 384

P25 25 0,70 403,2 1.092 576 134,4 364 192

P75 75 0,85 163,2 268 192 54,4 89,4 64

P200 : 200 0,85 61,2 101 72 20,4 33,6 24

P400 :: 400 0,85 30,6 50 36 10,2 16,8 12

esigna!o

/D9)

B 9 )

Ta@ela $# - 'ar"as das @o@inas de a.arelCos de medição e .roteção

Pot ncia ativa Pot ncia reativa Pot ncia total

W var V


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Consultoria Proteção de Sistemas Elétricos Nesse ponto, já é poss'vel identificar os transformadores de potencial através de seuspar&metros elétricos básicos. #essa forma, a N9: 72!! designa um )*, colocando em ordema classe de e%atidão e a pot8ncia térmica nominal, como, por e%emplo/ @,1*51 especifica o )* colocando em ordem a classe de e%atidãoe a letra correspondente à pot8ncia nominal. =ssim, um )* @,1*


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Consultoria Proteção de Sistemas Elétricos = )abela 7.! fornece as cargas admiss'veis no secundário dos transformadores de potencialem regimes cont'nuo e de curta duração, em função do fator de pot8ncia, considerando que aqueda de tensão no secundário do transformador não seja superior a !F.Nesse ponto pode5se estabelecer uma analogia entre um transformador de potencial e umtransformador de corrente, ou seja/

• corrente4

T'> /alor constante>

TP> /alor /ariA/el

Ta@ela $#0 - 'ar"a cons%mida .elas @o@inas de contactores

Contactor Carga "e curta "ura#$o Carga permanente

Po&-ncia Po&-ncia Po&-ncia a&. $o&-ncia Po&-ncia Po&-ncia Po&-ncia a&. $o&-ncia

+ VA >ar + VA >ar +

22 72 53 48 0,74 10,5 3,15 10,0 0,30

35 75 56 49 0,75 10,5 3,15 10,0 0,30

55 76 59 47 0,78 10,0 3,15 10,0 0,30

90 194 62 183 0,32 21,0 7,14 19,7 0,34

100 365 164 325 0,45 35,0 9,10 33,7 0,26

110 365 164 325 0,45 35,0 9,10 33,7 0,26

180 530 217 483 0,41 40,0 11,20 38,4 0,28

225 730 277 675 0,38 56,0 13,44 54,3 0,24

350 1060 371 992 0,35 79,0 21,33 76,2 0,27

450 2140 342 2041 0,30 140,0 36,40 135,5 0,26

700 900 720 540 0,80 110,0 66,00 88,0 0,60

• tensão4

($ – Transformador de Potencial


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Elétricos

Consultoria Proteção de Sistemas Elétricos T'> /alor /ariA/el>

TP> constante

• a grandeza da carga esta$elece4

T'> a tensão

TP> a corrente

• ligação do equipamento F rede4

T'> série TP> em .aralelo

• ligação dos aparelos no secundário4

T'> em série

TP> em .aralelo

• causa do erro de medida

T'> corrente deri/ada em .aralelo no circ%ito ma"netiFante

TP> %eda de tensão série

• aumento da carga secundária4



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Elétricos

Consultoria Proteção de Sistemas Elétricos T'> .ara a%mento de s Z

TP> .ara red%ção de s Z #

Ta@ela $# - 'ar"as admissB/eis no sec%ndArio dos TPs em re"ime de c%rta d%ração

%ator "e potência

0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 1 (egime

Po&-ncias "os P's em VA + cr&a+"ra!o con&?no GVAH

60 50 50 50 40 40 30 20

110 90 80 70 70 60 60 40

180 150 140 120 110 100 80 60

310 260 230 200 180 160 140 100

530 450 390 340 300 270 250 150

890 750 640 570 500 500 430 230

1470 1240 1100 1000 900 850 740 370

2480 2060 1800 1700 1500 1400 1400 580

3300 2800 2400 2000 1900 1800 1500 930

5600 4700 4100 3600 3400 3000 1700 1500

9000 7600 6600 5900 5300 5000 4500 2400

13300 11600 11000 9400 8600 8000 7900 3700

17500 15700 15000 13900 13000 13000 13800 5900

26000 24000 23000 21300 21000 20000 24000 9300


#imensionar um transformador de potencial ao qual serão ligados tr8s contactores de correntepermanente igual a A@ =, dois de corrente permanente igual a


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Elétricos

Consultoria Proteção de Sistemas Elétricos no secundário



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Elétricos

Consultoria Proteção de Sistemas Elétricos #$ - Polaridade

Os transformadores de potencial destinados ao serviço de medição de energia elétrica, relés

direcionais de pot8ncia etc., são identificados nos terminais de ligação primário e secundáriopor letras convencionadas que indicam a polaridade para a qual foram constru'dos.0ão empregadas as letras, com seus 'ndices 1 H e 2 H , 1 X e 2 X , respectivamente, paradesignar os terminais primários e secundários dos transformadores de potencial, conformepode5se observar na 6ig. 7.2.

!H

H2

!2

)p )s Car4a

!i"# $#15 – Re.resentação de .olaridade de %m transformador de .otencial

#iz5se que um transformador de potencial tem polaridade subtrativa, por e%emplo, quando aonda de tensão, num determinado instante, atingindo os terminais primários, tem direção 1 H para 2 H e a correspondente onda de tensão secundária está no sentido de 1 X para 2 X . +asocontrário, diz5se que o transformador de potencial tem polaridade aditiva. = maioria dos transformadores de potencial tem polaridade subtrativa, sendo inclusive indicadapela N9: 72!!. 0omente sob encomenda são fabricados transformadores de potencial compolaridade aditiva.



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Elétricos

Consultoria Proteção de Sistemas Elétricos #4 - Descar"as .arciais

Os transformadores de potencial fabricados em ep?%i estão sujeitos, durante e

encapsulamento dos enrolamentos, à formação de bol$as no interior da massa isolante. =lémdisso, com menor possibilidade, pode5se ter, misturado ao ep?%i, alguma impureza indesejável.

#5 - PotGncia térmica nominal

H a pot8ncia que o )* pode suprir continuamente, sem que sejam e%cedidos os limites detemperatura nominais. *ara os transformadores de potencial pertencentes aos grupos deligação e


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e Projetos

Elétricos

Consultoria Proteção de Sistemas Elétricos (ens$o (ens$o suport)vel (ens$o suport)vel (ens$o suport)vel

m)*ima "e impulso atmos+ nominal -re./ência nominal "e impulso

"o e.ui+ -&rico in"ustrial atmos-&rico

mento A "ran&e 1 min&o A

=Ve# 3"cr 3"cr =Ve# =Vcr =Vcr 0,6 + + 4 + +

1,2 + + 10 + +

7,2 30 60 20 33 66

15 95 110 36 105 121

25,8 125 150 60 138 165

38 150 200 80 165 220

48,3 250 250 95 275 275

72,5 325 350 140 357 385

– Transformador de Potencial

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