互感器的原理与选择

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1、 互 感 器 的 作 用 将 一 次 侧 的 高 电 压 、 大 电 流 转 变 成 二 次 侧标 准 的 低 电 压 ( 100V, 100/sqrt( 3) ) 、小 电 流 ( 5A、 1A) , 使 测 量 仪 表 标 准 化 、小 型 化 。 将 一 次 系 统 同 二 次 设 备 ( 仪 表 、 保 护 ) 隔开 , 以 保 护 人 身 安 全 。 互 感 器 的 类 型n 电 流 互 感 器n 电 磁 式 电 流 互 感 器n 电 压 互 感 器n 电 磁 式 电 压 互 感 器 n 电 容 式 电 压 互 感 器 电 磁 式 电 流 互 感 器 电 容 式 电 压 互 感 器

2、电 磁 式 电 压 互 感 器 一 、 电 磁 式 电 流 互 感 器n 电 磁 式 电 流 互 感 器 的 工 作 原 理 和 变 压 器 相 似 。n 电 磁 式 电 流 互 感 器 的 特 点 是 :n 一 次 绕 组 串 联 在 电 路 中 且 匝 数 很 少 , 而 二 次 绕 组 匝数 多 。 n 二 次 绕 组 所 接 负 载 串 联 且 阻 抗 很 小 , 类 似 于 二 次 侧短 路 的 变 压 器 。1. 工 作 原 理 一 、 电 磁 式 电 流 互 感 器102211 NININI 可 以 忽 略 不 计 , 则 有, 或若 100 0 NII 2211 NINI iN

3、 kIkINN II 1112 12 / 匝 数 比式 中 12NNkN 1N 2Ni Ik I 额 定 电 流 比 1. 工 作 原 理 一 、 电 磁 式 电 流 互 感 器n 由 于 电 流 互 感 器 本 身 存 在 励 磁 损 耗 和 磁 饱 和 等影 响 , 使 一 次 电 流 在 数 值 上 和 相 位 上 都有 差 异 , 即 测 量 结 果 有 误 差 。 通 常 用 电 流 误 差和 相 位 误 差 表 示 。2. 误 差 及 影 响 因 素 21 II 与(%)100 1 12 I IIkf ii电 流 误 差 :相 位 误 差 : 的 夹 角与 )( 12 IIi 一

4、、 电 磁 式 电 流 互 感 器二 次 负 荷 功 率 因 数 角二 次 总 阻 抗 角 铁 心 损 耗 角 一 、 电 磁 式 电 流 互 感 器n 影 响 误 差 的 因 素 :2. 误 差 及 影 响 因 素 (%)100)sin(11 10 NI NIfi )(3440)cos( 11 10 NI NIi (%)100)sin(222 )( 2222 SN LZZ avL )(3440)cos(222 )( 2222 SN LZZ avL电 流 和 相 位 误 差 取 决 于 铁 心 、 二 次 绕 组 的 结 构 和 运 行 状 态 一 、 电 磁 式 电 流 互 感 器n 影 响

5、 误 差 的 因 素 :2. 误 差 及 影 响 因 素 (%)100)sin(222 )( 2222 SN LZZf avLi )(3440)cos(222 )( 2222 SN LZZ avLi应 选 用 高 导 磁 材 料 。成 反 比 ,与、 iif |)1( 。, 增 大应 减 小成 反 比 ,成 正 比 , 与与、 SLSLf avavii |)2( 应 一 定 。, 但应 增 大成 反 比 ,与、 12222 /|)3( NNNNf ii 最 小 。定 电 流 附 近 运 行 时 误 差一 次 电 流 的 影 响 : 在 额)4( 不 变 ),二 次 负 载 的 影 响 : (

6、设 1122 2)5( NIeZZ jLL iiL fNINIZ 、不 变 , 则若 |102222 iiL fZ 、不 变 , 则若 |22 一 、 电 磁 式 电 流 互 感 器n 影 响 误 差 的 因 素 :2. 误 差 及 影 响 因 素二 次 侧 开 路 :)6( 111022 0 NINIIZ L 饱 和 而 变 成 平 顶 波铁 心 中 的 磁 通 波 形 严 重 产 生 很 高 的 尖 顶 波, 所 以 二 次 绕 组 将 感 应因 为 dtdNe 22 大 小 有 关 )及甚 至 上 万 伏 ( 与电 势 , 其 值 可 达 数 千 伏 1Iki 中 产 生 剩 磁 )互

7、感 器 特 性 变 坏 ( 铁 心 磁 感 应 强 度 剧 增 )引 起 铁 心 和 绕 组 过 热 ( 仪 表 、 继 电 器 的 绝 缘危 及 工 作 人 员 的 安 全 和 一 、 电 磁 式 电 流 互 感 器n 准 确 级 :n 根 据 测 量 时 误 差 的 大 小 而 划 分 的 , 是 指 在 规 定 的 二次 负 载 范 围 内 , 一 次 电 流 为 额 定 值 时 的 最 大 误 差 。n 测 量 用 电 流 互 感 器 准 确 级 和 误 差 P186 表 6-43. 准 确 级 和 额 定 容 量 一 、 电 磁 式 电 流 互 感 器n 额 定 容 量 :3. 准

8、确 级 和 额 定 容 量n S2N是 指 在 额 定 二 次 电 流 I2N和 额 定 二 次 阻 抗 Z2N下 运行 时 , 二 次 绕 组 输 出 的 容 量 , S2N = I2N2 Z2N 。n 两 点 说 明 : n 由 于 二 次 电 流 为 标 准 值 , 所 以 S2N常 用 Z2N表 示 。n 由 于 误 差 与 二 次 负 荷 有 关 , 所 以 同 一 台 电 流 互 感器 使 用 在 不 同 准 确 级 时 , 会 有 不 同 的 额 定 容 量 。 一 、 电 磁 式 电 流 互 感 器n 按 安 装 方 式 分 : n 穿 墙 式 、 支 持 式 、 装 入 式4

9、. 分 类n 按 绝 缘 方 式 分 :n 干 式 : 用 绝 缘 胶 绝 缘 , 适 用 于 低 电 压n 浇 注 式 : 用 环 氧 树 脂 绝 缘 , 适 用 于 1035kVn 油 浸 式 : 用 油 绝 缘 , 适 用 于 35kV以 上n 按 安 装 地 点 分 :n 户 内 型n 户 外 型 一 、 电 磁 式 电 流 互 感 器A B C A A B C A A A A B C A Wh cUbUaU 5. 接 线单 相 接 线 星 形 接 线 不 完 全 星 形 接 线 一 、 电 磁 式 电 流 互 感 器 种 类 和 型 式 的 选 择 :n 根 据 安 装 地 点 (

10、如 屋 内 、 屋 外 ) 和 安 装 方 式 ( 如穿 墙 式 、 支 持 式 、 装 入 式 等 ) 选 择 型 式 。n 当 一 次 电 流 较 小 时 ( 在 400A及 以 下 ) 时 , 宜 优 先选 用 一 次 绕 组 多 匝 式 , 以 提 高 准 确 度 ; 一 次 回 路 额 定 电 压 和 电 流 的 选 择 : n UN UNs, I1N Imax。n I1N应 尽 可 能 与 最 大 工 作 电 流 接 近 。6. 选 择 一 、 电 磁 式 电 流 互 感 器 准 确 级 和 额 定 容 量 的 选 择 :n 为 保 证 测 量 仪 表 的 准 确 度 , 电 流

11、互 感 器 的 准 确 级不 得 低 于 所 供 测 量 仪 表 的 准 确 级 。n 当 所 供 仪 表 要 求 不 同 准 确 级 时 , 应 按 相 应 最 高 级别 来 确 定 电 流 互 感 器 的 准 确 级 。 n 互 感 器 按 选 定 准 确 级 所 规 定 的 额 定 容 量 S2N应 大 于或 等 于 二 次 侧 所 接 负 荷 I2N2Z2L, 即 S2N I2N2Z2L。6. 选 择 一 、 电 磁 式 电 流 互 感 器 热 稳 定 和 动 稳 定 校 验 :n 对 本 身 带 有 一 次 回 路 导 体 的 电 流 互 感 器 进 行 热 稳定 校 验 。 电 流

12、 互 感 器 热 稳 定 能 力 常 以 1s 允 许 通 过的 热 稳 定 电 流 It 或 一 次 额 定 电 流 I1N 的 倍 数 Kt 来表 示 , 热 稳 定 校 验 式 为 It2Qk或 (KtI1N)2Qk。 n 动 稳 定 校 验 包 括 由 同 一 相 的 电 流 相 互 作 用 产 生 的内 部 电 动 力 校 验 , 以 及 不 同 相 的 电 流 相 互 作 用 产生 的 外 部 电 动 力 校 验 。6. 选 择 shes1Nshes 2 iKIii 或内 部 动 稳 定 校 验 式 为 : aLiF 2sh7al 1073.15.0 外 部 动 稳 定 校 验 式

13、 为 : 二 、 电 压 互 感 器n 目 前 电 力 系 统 广 泛 应 用 的 电 压 互 感 器 主要 有 两 种 :n 电 磁 式n 电 容 分 压 式 (一 ) 电 磁 式 电 压 互 感 器n 电 磁 式 电 压 互 感 器 的 工 作 原 理 和 变 压 器 相 似 。n 电 磁 式 电 压 互 感 器 的 特 点 是 :n 一 次 绕 组 并 联 在 电 路 中 且 匝 数 多 , 而 二 次 绕 组 匝 数少 。 n 二 次 绕 组 所 接 负 载 均 并 联 且 阻 抗 大 , 二 次 侧 近 似 于开 路 或 空 载 。1. 工 作 原 理 (一 ) 电 磁 式 电 压

14、互 感 器2121 NNUU uN kUkUNNUU 1121 12 / 匝 数 比式 中 21NNkN 额 定 互 感 比N2N1UUku 1. 工 作 原 理 (一 ) 电 磁 式 电 压 互 感 器n 由 于 电 压 互 感 器 存 在 励 磁 电 流 和 内 阻 抗 , 使 得测 量 结 果 的 大 小 和 相 位 都 有 误 差 。 通 常 用 电 压误 差 和 相 位 误 差 表 示 。2. 误 差 及 影 响 因 素 (%)100 1 12 U UUkf uu电 压 误 差 :相 位 误 差 : 的 夹 角与 )( 12 UUu (一 ) 电 磁 式 电 压 互 感 器n 影 响

15、 误 差 的 因 素 :2. 误 差 及 影 响 因 素 (%)100sin)(cos)(cossin 1 221222121 1010 U xxIrrIU xIrIfu )(3440cos)(sin)(sincos 1 221222121 1010 U xxIrrIU xIrIu 应 选 用 高 导 磁 材 料 。成 正 比 ,的 空 载 误 差 与、 0|)1( If uu )二 次 负 载 的 影 响 : ( 设 222)2( jLL eZZ |222 iiL fIZ 、)(不 变 , 则 二 次 负 载若 由 正 值 向 负 值 变 化由 负 值 向 正 值 变 化时 ,不 变 , 则

16、 当若 uuL fZ 909022 (一 ) 电 磁 式 电 压 互 感 器n 准 确 级 :n 在 规 定 的 一 次 电 压 和 二 次 负 荷 变 化 范 围 内 , 负 荷 功率 因 数 为 额 定 值 时 , 电 压 误 差 的 最 大 误 差 。n 电 压 互 感 器 的 准 确 级 和 误 差 限 值 , P192 表 6-93. 准 确 级 和 额 定 容 量 (一 ) 电 磁 式 电 压 互 感 器n 额 定 容 量 :3. 准 确 级 和 额 定 容 量n 由 于 误 差 与 二 次 负 荷 有 关 , 所 以 同 一 台 电 压 互 感 器对 应 于 不 同 的 准 确

17、级 便 有 不 同 的 容 量 。n 额 定 容 量 : 对 应 于 最 高 准 确 级 的 容 量 。 n 最 大 容 量 : 按 照 在 最 高 工 作 电 压 下 长 期 工 作 容 许 发热 条 件 所 规 定 的 容 量 。 (一 ) 电 磁 式 电 压 互 感 器n 按 安 装 地 点 分 :n 户 内 型n 户 外 型n 按 相 数 分 : n 单 相 : 35kV及 以 上n 三 相 : 35kV以 下 ( 三 相 五 柱 式 )4. 分 类 (一 ) 电 磁 式 电 压 互 感 器A B C4. 分 类 0a 0b 0c (一 ) 电 磁 式 电 压 互 感 器n 按 绝 缘

18、 方 式 分 : n 浇 注 式 : 用 环 氧 树 脂 绝 缘 , 3-35kVn 油 浸 式 : 用 油 绝 缘 , 110kV及 以 上n 按 结 构 分 :n 普 通 式 : 同 变 压 器 , 3-35kVn 串 级 式 : 采 用 分 级 绝 缘 , 110kV及 以 上4. 分 类n 按 绕 组 数 分 :n 双 绕 组n 三 绕 组 (二 ) 电 容 式 电 压 互 感 器n 实 质 上 是 一 个 电 容 分 压 器1. 工 作 原 理 1U 2CU abC1C2 121 112C KUCC CUU 分 压 比式 中 21 1CC CK 当 a、 b间 接 上 负 荷 时 ,

19、 由 于 C1、 C2有 内 阻 压降 , 使 UC2 小 于 电 容 分 压 值 , 而 且 负 荷 电 流越 大 , 误 差 越 大 。当 a、 b间 开 路 时 , 按 反 比 分 压 , 有1UK abZi ab L iZ )( 1 21 CCjZi LjCCjZi )( 1 21 时 ,当 )( 1 21 CCL 2C0 UZi , 即 输 出 电 压与 负 荷 无 关 。 (二 ) 电 容 式 电 压 互 感 器n 实 质 上 是 一 个 电 容 分 压 器1. 工 作 原 理 1U 2CU abC1C2 abL TV Z2L实 际 上 , 由 于 电 容 器 有 损 耗 、 电

20、抗 器 有 电 阻 , 使 内 阻 不 可能 为 零 , 因 此 负 荷 变 化 时 , 还 会 有 误 差 产 生 。减 小 分 压 器 的 输 出 电 流 , 可 减 小 误 差 , 故 将 测 量 仪 表 (Z2L)经 中 间 变 压 器 TV升 压 后 与 分 压 器 连 接 。 (二 ) 电 容 式 电 压 互 感 器2. 过 电 压 1U 2CU abC1C2 abL TV Z2Lrd 二 次 侧 短 路 引 起 的 过 电 流 和 过 电 压所 以 应 加 放 电 间 隙 E。 12 II二 次 侧 短 路 21 CULI 过 电 压 , 可 能 击 穿2CE 铁 磁 谐 振 过

21、 电 压 由 于 电 容 式 电 压 互 感 器 是 由 电 容 和 非 线 性 电 抗 所 构 成 ,当 受 到 二 次 侧 短 路 、 断 开 等 冲 击 瞬 变 作 用 时 , 由 于 非 线 性 电抗 的 饱 和 , 可 能 激 发 产 生 次 谐 波 铁 磁 谐 振 。抑 制 方 法 是 装 设 阻 尼 电 阻 rd( 谐 振 时 自 动 投 入 ) 。 (二 ) 电 容 式 电 压 互 感 器n 优 点 :n 制 造 简 单 , 重 量 轻 , 成 本 低 , 电 压 等 级 越 高 越 明 显 ;n 分 压 电 容 兼 作 载 波 通 讯 的 耦 合 电 容 。n 缺 点 : n

22、 输 出 容 量 小 ;n 误 差 比 电 磁 式 大 , 且 受 频 率 的 影 响 ;n 暂 态 特 性 不 如 电 磁 式 PT好 。3. 特 点 (三 ) 电 压 互 感 器 的 接 线110220kV 335kV 320kV用 一 台 单 相电 压 互 感 器测 量 相 电 压 用 一 台 单 相电 压 互 感 器测 量 相 间 电 压 用 两 台 单 相电 压 互 感 器接 成 不 完 全 星 形测 量 各 相 间 电 压 (三 ) 电 压 互 感 器 的 接 线3220kV 110500kV用 三 台 单 相 三 绕 组电 压 互 感 器 构 成 YN, yn, d0接 线 电

23、容 式 电 压 互 感 器 接 线 (四 ) 电 压 互 感 器 的 选 择 种 类 和 型 式 的 选 择 : 1) 在 635 kV 屋 内 配 电 装 置 中 , 一 般 采 用 油 浸 式 或 浇 注式 电 压 互 感 器 ; 110220kV 配 电 装 置 特 别 是 母 线 上 装 设 的 电压 互 感 器 , 通 常 采 用 串 级 式 电 磁 式 电 压 互 感 器 ; 当 容 量 和 准确 级 满 足 要 求 时 , 通 常 多 在 出 线 上 采 用 电 容 式 电 压 互 感 器 。 2) 在 500kV配 电 装 置 中 , 配 置 有 双 套 主 保 护 , 并 考

24、 虑 到后 备 保 护 、 自 动 装 置 和 测 量 的 要 求 , 电 压 互 感 器 应 具 有 三 个二 次 绕 组 , 即 两 个 主 二 次 绕 组 和 一 个 辅 助 二 次 绕 组 。 3) 为 节 省 投 资 , 在 20kV及 以 下 配 电 装 置 中 , 可 选 用 三 相式 电 压 互 感 器 ( 选 用 三 相 五 柱 式 , 而 不 是 三 相 三 柱 式 ) 。 4) 用 于 接 入 精 度 要 求 较 高 的 计 费 电 能 表 时 , 不 宜 采 用 三 相 式 电 压 互 感 器 。根 据 装 设 地 点 和 使 用 条 件 选 择 种 类 和 型 式 。

25、 (四 ) 电 压 互 感 器 的 选 择 一 次 额 定 电 压 和 二 次 额 定 电 压 的 选 择 : 3 35 kV电 压 互 感 器 一 般 经 隔 离 开 关 和 熔 断 器 接 入 高 压电 网 。 110 kV及 以 上 的 互 感 器 可 靠 性 较 高 , 电 压 互 感 器 只 经过 隔 离 开 关 与 电 网 连 接 。 电 压 互 感 器 一 次 绕 组 额 定 电 压 U1N, 应 根 据 互 感 器 的 接线 方 式 来 确 定 其 相 电 压 或 相 间 电 压 。 常 用 接 线 有 : 1) 用 一 台 单 相 电 压 互 感 器 测 量 相 对 地 电

26、压 或 相 间 电 压 ; 2) 用 三 台 单 相 或 三 相 式 电 压 互 感 器 测 量 相 间 电 压 或 相 对 地 电 压 ; 3) 用 两 台 单 相 电 压 互 感 器 接 成 不 完 全 星 形 测 量 两 个 相 间 电 压 。 电 压 互 感 器 二 次 绕 组 额 定 电 压 通 常 是 供 额 定 电 压 为 100V的 仪 表 和 继 电 器 的 电 压 绕 组 使 用 。 显 然 , 单 个 单 相 式 电 压 互 感 器的 二 次 绕 组 电 压 为 100V, 而 其 余 可 获 得 相 间 电 压 的 接 线 方 式 , 二 次 绕 组电 压 为 100/

27、 。3 (四 ) 电 压 互 感 器 的 选 择 容 量 和 准 确 级 的 选 择 : 根 据 仪 表 和 继 电 器 的 接 线 要 求 , 选 择 电 压 互 感 器 的 接 线方 式 , 并 尽 可 能 将 负 荷 均 匀 分 布 在 各 相 上 , 然 后 计 算 各 相 负荷 大 小 , 按 照 所 接 仪 表 的 准 确 级 和 容 量 , 选 择 互 感 器 的 准 确级 和 额 定 容 量 。 三 、 互 感 器 在 主 接 线 中 配 置 原 则n 互 感 器 在 主 接 线 中 的 配 置 与 测 量 仪 表 、同 步 点 的 选 择 、 保 护 和 自 动 装 置 的

28、要 求以 及 主 接 线 的 形 式 有 关 。n 互 感 器 的 配 置 包 括 :n 电 压 互 感 器 的 配 置 ; n 电 流 互 感 器 的 配 置 。n 下 页 图 为 发 电 厂 中 互 感 器 配 置 示 例 。 1. 电 压 互 感 器的 配 置n 除 旁 路 母 线 外 ,一 般 工 作 及 备 用母 线 都 装 有 一 组电 压 互 感 器 , 用于 同 步 、 测 量 仪表 和 保 护 装 置 。 n 旁 路 母 线 上 是 否装 设 电 压 互 感 器要 根 据 出 线 同 期方 式 而 定 。(1) 母 线 1. 电 压 互 感 器的 配 置n 35 kV 及 以

29、 上 输电 线 路 , 当 对 端有 电 源 时 , 装 有一 台 单 相 电 压 互感 器 , 用 于 监 视线 路 有 无 电 压 、进 行 同 步 和 设 置重 合 闸 。(2) 线 路 1. 电 压 互 感 器的 配 置n 一 般 装 23 组 电压 互 感 器 。n 一 组 供 自 动 调 节励 磁 装 置 , 采 用三 只 单 相 、 双 绕组 互 感 器 。 n 另 一 组 供 测 量 仪表 、 同 期 和 保 护装 置 使 用 , 采 用三 相 五 柱 式 或 三只 单 相 接 地 专 用互 感 器 。(3) 发 电 机 1. 电 压 互 感 器的 配 置n 当 互 感 器 负

30、 荷 太大 时 , 可 增 设 一组 不 完 全 星 形 连接 的 互 感 器 , 专供 测 量 仪 表 用 。(3) 发 电 机 n 大 、 中 型 发 电 机中 性 点 常 接 有 单相 电 压 互 感 器 ,用 于 100% 定 子接 地 保 护 。 1. 电 压 互 感 器的 配 置n 变 压 器 低 压 侧 有时 为 了 满 足 同 期或 继 电 保 护 的 要求 , 设 有 一 组 电压 互 感 器 。(4) 变 压 器 2. 电 流 互 感 器的 配 置 n 对 于 中 性 点 接 地系 统 , 一 般 按 三相 配 置 ;n 对 于 中 性 点 非 接地 系 统 , 依 具 体

31、情 况 按 二 相 或 三相 配 置 (1) 为 了 满 足 测 量 和保 护 装 置 的 需 要 , 在发 电 机 、 变 压 器 、 出线 、 母 线 分 段 及 母 联断 路 器 、 旁 路 断 路 器等 回 路 中 均 设 有 电 流互 感 器 。 2. 电 流 互 感 器的 配 置n 如 有 两 组 电 流 互感 器 , 应 尽 可 能设 在 断 路 器 两 侧 ,使 断 路 器 处 于 交叉 保 护 范 围 之 中 。 (2) 保 护 用 电 流 互感 器 的 装 设 地 点 ,应 按 尽 量 消 除 主 保护 装 置 的 死 区 来 设置 。 2. 电 流 互 感 器的 配 置

32、(3) 为 了 防 止 电 流互 感 器 套 管 闪 络 造成 母 线 故 障 , 电 流互 感 器 通 常 布 置 在断 路 器 的 出 线 或 变压 器 侧 , 即 尽 可 能不 在 紧 靠 母 线 侧 装设 电 流 互 感 器 。 2. 电 流 互 感 器的 配 置 (4) 为 了 减 轻 内 部故 障 对 发 电 机 的 损伤 , 用 于 自 动 调 节励 磁 装 置 的 电 流 互感 器 应 布 置 在 发 电机 定 子 绕 组 的 出 线侧 。 为 了 便 于 分 析 和在 发 电 机 并 入 系 统前 发 现 内 部 故 障 ,用 于 测 量 仪 表 的 电流 互 感 器 宜 装

33、 在 发 电 机 中 性 点 侧 。 四 、 高 压 互 感 器 的 新 进 展n 电 子 式 互 感 器n 传 感 原 理 与 传 统 互 感 器 相 同 , 区 别 只 是 传 感 部 分 不传 送 功 率 而 只 传 送 信 号 , 再 由 电 子 放 大 器 放 大 后 送到 负 荷 , 依 靠 光 导 纤 维 传 递 光 信 号 , 并 作 为 互 感 器高 低 压 侧 之 间 的 绝 缘 。n 电 光 式 互 感 器 n 利 用 材 料 的 磁 光 效 应 或 电 光 效 应 , 将 电 流 的 变 化 转换 成 激 光 或 光 波 , 经 过 光 通 道 传 送 到 低 压 侧 , 再 转变 成 电 信 号 , 经 放 大 后 供 仪 表 和 继 电 器 使 用 。n 由 于 采 用 了 电 光 变 换 和 光 导 纤 维 传 递 , 使 互 感 器 造价 降 低 、 尺 寸 减 小 、 频 率 特 性 改 善 , 因 而 成 为 高 压互 感 器 的 发 展 方 向 。

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