curso de control y automatismos electricos 3

Curso de Control y Automatismos Curso de Control y Automatismos EléctricosEléctricos

Ing. Carlos Echeverría

Motores de elevación y transporteMotores que desplazan materiales opersonas y arrancan con toda la carga. Ejemplos de este tipo de motores son:

Puentes grúa. Ascensores. Montacargas. Escaleras mecánicas. Cintas transportadoras, etc. No consideramos en este grupo las bombas que

mueven líquidos.

Lámparas de descargaLámparas en las que es necesario el cebado inicial de

un gas mediante reactancia para llegar a un régimen permanente de funcionamiento.

Ejemplos:

Tubos fluorescentes. lámparas de vapor de sodio. Vapor de mercurio. Halogenuros metálicos. Etc.

Aplicación de los factores de arranque.

Los factores de arranque de un determinado motor o lámpara de

descarga se emplearan para el cálculo de todas y cada una de las líneas que estén aguas arriba de la carga, tanto para líneas terminales como para líneas secundarias o generales.

Agrupamiento de motoresAgrupamiento de motores

Proceso de cálculoProceso de cálculo

Motores: Se harán dos grupos con todos los motores que estén aguas abajo de la línea cuya potencia instalada pretendemos obtener, aunque no estén conectados directamente al final de la misma.

En el primer grupo reuniremos todos los de elevación/transporte

En el segundo el resto.

Proceso de cálculoProceso de cálculoMotores de elevación/transporte :

Aplicaremos el factor 1,3 a las potencias nominales de todos los motores del primer grupo :

Pmotores 1 = 1,3 · (P1 + P2 + P3 + …..Pn)

Resto de Motores :Aplicaremos 1,25 solo al mayor de los motores del segundo grupo,

formado por los motores que no son de elevación/transporte. Si todos los motores son iguales, aplicamos el factor a uno cualquiera. Si solo hay un motor, aplicamos el factor citado a su potencia

absorbida.

Pmotores2 = 1,25 · P1 (El mayor) + P2 + P3 + …+Pn


Lámparas de descarga : Aplicaremos el factor 1,8 a la potencia de

todas las lámparas de descarga aguas abajo de la línea cuya potencia instalada pretendemos obtener :

Pdescarga = 1,8 · ( P1 + P2 + P3 + …+ Pn ) Otras cargas : No aplicamos ningún factor :Potros = P1 + P2 + P3 +…...+ Pn


Potencia total:

P = Pmotores1 + Pmotores2 + Pdescarga + Potros

Potencias calculadasPotencias calculadas

Ejemplo: Instalación de dos motoresEjemplo: Instalación de dos motores MOTOR A: 6Kw 380/660V Cosφ 0,86

MOTOR B: 10Kw 380/660V Cosφ 0,87

Tensión de red 380V. Caída de tensión 3%. Distancia desde el cuadro a los motores 20m.

Factor de corrección para varios Factor de corrección para varios motoresmotores

Aplicaremos 1,25 solo al mayor de los motores .

Pmotores = 1,25 · P1 (El mayor) + P2 + P3 + …+Pn

Si todos los motores son iguales, aplicamos el factor a uno cualquiera.

Si solo hay un motor, aplicamos el factor citado a su potencia absorbida

Calculo de la sección mínimaCalculo de la sección mínima

Intensidad de los motoresIntensidad de los motores

Intensidad máxima admisibleIntensidad máxima admisibleTabla ITC-BT-019

Línea alimentación al cuadroLínea alimentación al cuadro

La línea de alimentación al cuadro debe se La línea de alimentación al cuadro debe se soportar el 125% de la intensidad del motor de soportar el 125% de la intensidad del motor de mayor intensidad mas las intensidades del resto mayor intensidad mas las intensidades del resto de motores.de motores.

I I max max = 125 % I= 125 % I2 2 + I+ I11= 21,82+10,6 = = 21,82+10,6 = 32,42 A32,42 A

Según intensidad admisible (tabla) = Según intensidad admisible (tabla) = 10 m/m.10 m/m.

Línea dentro del cuadroLínea dentro del cuadro

Dentro del cuadro, la sección del conductor debe Dentro del cuadro, la sección del conductor debe de soportar el 125 % de la I de cada motor de soportar el 125 % de la I de cada motor

125 % I125 % Imotor1 motor1 = 13,25 por tabla S= = 13,25 por tabla S= 2,5 m/m2,5 m/m

125 % I125 % Imotor2 motor2 = 21,82 por tabla S= = 21,82 por tabla S= 4 m/m4 m/m

Línea del cuadro a cada motorLínea del cuadro a cada motor

La línea individual a cada motor se calculara La línea individual a cada motor se calculara independientemente.independientemente.

125 % I125 % Imotor1 motor1 = 13,25 por tabla S= = 13,25 por tabla S= 2,5 m/m2,5 m/m

125 % I125 % Imotor2 motor2 = 21,82 por tabla S= = 21,82 por tabla S= 4 m/m4 m/m

AVERÍAS

Sobre intensidadesNo admisibles

Cortocircuitos Defectos deaislamiento

Relé térmicoInterruptorautomático Fusibles

Interruptordiferencial

DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN

Constitución de un relé térmico tripolarLas partes básicas de un relé tripolar son las siguientes

-Bimetales o contactos principales, constituidos por la asociación de dos mentales con coeficientes de dilatación distintos.

-Contactos auxiliares, destinados a abrir o cerrar los circuitos de mando. Suelen ser dos, uno abierto y el otro cerrado, en su posición

de reposo.

1 3 5

2 4 6

97

98

95

96

Contactos auxiliaresBimetales y bobinas

Tiempo de disparo

Clase 1,5 Ir 7,2 Ir

10 A < 2 min. 2 – 10 s

10 < 4 min. 4 – 10 s

20 < 8 min. 6 – 20 s

30 < 12 min. 9 – 30 s

Los más utilizados son los de clase 20

ClaseMargen de variaciónIr (A)

10 A

0,10...0,16

0,16...0,25

0,25...0,40

0,40...0,63

0,63...0,9

0,8...1,1

1...1,5

20

2,5...4

4...6

5,5...8

7...10

9...13

12...18

17...25

Curva deprotección

Clase 30

Clase 20

10

20

30

tseg

1 7,2

Clase 10

Ir = Intensidad del Térmico

Elección de un relé térmicoElección de un relé térmico Ejemplo:

Elegir el relé térmico trifásico más adecuado para un circuito de calefacción eléctrica, formado por resistencias débilmente inductivas, cuyas características son las siguientes:- Tensión nominal 220 V. - Factor de potencia 0,95- Potencia total 5 KW - Tiempo máximo de sobre-intensidad a 7,2 Ir 18 seg.

Solución:La clase de disparo para esta aplicación es la clase 20. La corriente de servicio (Ie) se obtiene aplicando la siguiente expresión.

ACOSV

PIe 81,13

95,0.220.3

000.5

..3

A

COSV

PIe 81,13

95,0.220.3

000.5

..3

Por lo tanto el margen de variación de la corriente del térmico elegida es, según la tabla de 12......18 A.

Interruptor Magnetotérmico

Curva característica Magneto térmicoCurva característica Magneto térmico

T (seg.)

2.000

2

0,005

1 I´ Irm I´´I/In

a

bC

Zona (a) disparo térmicoZona (b) disparo MagnéticoZona (C) No disparo

Tipos de curva de disparo para magnetotermicosTipos de curva de disparo para magnetotermicos

Tipo de curva Actúa zona térmica entre Zona magnética

B 1,1 y 1,4 veces la In 3 y 5 veces In

C 1,13 y 1,45 “ “ 5 y 10 “ “

D 1,1 y 1,4 “ 10 y 20 “ “

MA ----------------- 12 veces In

Z 1 y 1,3 2,4 y 3,6 “ “

ICP 1,13 y 1,145 3,9 y 8,9 “ “

Aplicaciones de los Magnetotermicos según su curva de Aplicaciones de los Magnetotermicos según su curva de disparodisparo

Tipo de curvaDe disparo

Corriente deMagnético (Irm/In)

Calibre(In) (A)

Aplicaciones

ICP.M 8

1,53

3,55

7,5

Interruptor de control de potencia en instalaciones de vivienda

(ICP).

B 5234610152025

Protección generadores, de personas y

Grandes longitudes de cable.

C 10 Protección general.

D 20Protección de receptores con

elevadasCorrientes de arranque.

Z 3,6 Protección de circuitos electrónicos.

Funcionamiento de un interruptor Funcionamiento de un interruptor magnéticomagnético

Funcionamiento de un interruptor Funcionamiento de un interruptor térmicotérmico

Elección de un interruptor automático o magnetotérmico

Elegir el interruptor automático más adecuado para proteger un motor trifásico, que consume 10 A y en su arranque se produce una sobreintensidad admisible de 12 veces la corriente nominal.

Solución:1º La curva de disparo a elegir será la D por ser la corriente de

magnético (20x10 = 200 A) superior a la sobreintensidad admisible ( 12x10 = 120 A), y no actuaría el interruptor automático.

Las demás curvas no se pueden elegir por ser inferior la corriente de magnético que la de servicio, y actuaría la protección.

2º El calibre a elegir es de 10 A, por ser igual a la corriente de servicio.

Relés diferenciales (interruptores diferenciales)

Un relé diferencial es un aparato destinado a la protección de personas contra los contactos directos e indirectos.

Esta protección consiste en hacer pasar los conductores de alimentación por el interior de un transformador de núcleo toroidal.

La suma vectorial de las corrientes que circulan por los conductores activos de un circuito en funcionamiento sin defecto es cero. Cuando aparece un defecto esta suma no es cero y se induce una tensión en el secundario, constituido por un arrollamiento situado en el núcleo, que actúa sobre el mecanismo de disparo, desconectando el circuito cuando la corriente derivada a tierra es superior al umbral de funcionamiento del dispositivo diferencial.

Relés diferenciales (interruptores diferenciales)

El valor de la tensión al que puede verse sometida una persona al tocar una masa con defecto y otro punto a potencial diferente se le llama tensión de contacto, y origina una corriente de defecto que puede cerrarse a través del cuerpo humano en función de la resistencia del mismo y la resistencia de paso a tierra.

El relé diferencial debe asegurar la apertura del circuito cuando la intensidad derivada a tierra alcanza un valor superior a la sensibilidad del aparato, y el no disparo para una intensidad menor de la mitad de su sensibilidad.

Curvas de seguridad

La norma CEI 364 establece el tiempo máximo durante el cual la tensión de contacto puede ser soportada sin peligro para las personas, basándose en los valores de la resistencia del cuerpo humano en condiciones de seco, húmedo o sumergido.

En la siguiente tabla se indican los valores de tensión de contacto y el tiempo máximo de desconexión de los dispositivos de protección:

Tiempos máximos de desconexiónTiempos máximos de desconexión

Sensibilidad del diferencialSensibilidad del diferencial

Según la corriente diferencial de funcionamiento los relés diferenciales se clasifican en dos categorías:

alta sensibilidad 6, 12 y 30 mA.

Media sensibilidad 100, 300 y 500 mA.

Los interruptores diferenciales de alta sensibilidad aportan una protección muy eficaz contra incendios, al limitar a potencias muy bajas las eventuales fugas de energía eléctrica por defecto de aislamiento.

Elección de un relé diferencial Teniendo en cuenta las curvas de seguridad se

toman como tensiones máximas de contacto

50 V para ambientes secos 24 V para ambientes mojados 12 V para ambientes sumergidos.

La resistencia a tierra de las masas debe ser inferior o igual a la tensión de contacto máxima permitida, dividido por la sensibilidad del relé según las necesidades de cada caso.

Elección de un relé diferencial

Como norma general, en el esquema TT, conexión del neutro a tierra y conexión de las masas a tierra, la protección contra contactos indirectos se realiza por medio de un diferencial cuya sensibilidad sea menor o igual a la relación entre la tensión límite de seguridad y la resistencia de tierra.

Con este valor de sensibilidad también quedaran protegidas las maquinas y equipos instalados al estar la magnitud de corriente de defecto muy por debajo de la peligrosa para los equipos.

Detectores inductivos

Detectores capacitivos

y fotoeléctricos

Detectores de proximidadDetectores de proximidadLos detectores de proximidad son un determinado tipo Los detectores de proximidad son un determinado tipo

de detectores que se caracterizan por:de detectores que se caracterizan por:

No tener en su interior ninguna parte móvil.No tener en su interior ninguna parte móvil. Tener una vida útil muy elevada.Tener una vida útil muy elevada. No afectarles las condiciones ambientales (Humedad, No afectarles las condiciones ambientales (Humedad,

polvo, etc.)polvo, etc.) Poder utilizarlos en automatismos eléctricos que Poder utilizarlos en automatismos eléctricos que

funcionan con CA o CCfuncionan con CA o CC

La detección de los objetos se realiza sin contacto físico con el La detección de los objetos se realiza sin contacto físico con el mismo (sin rozamiento) y no produce ninguna reacción sobre mismo (sin rozamiento) y no produce ninguna reacción sobre el, pero a una distancia muy corta.el, pero a una distancia muy corta.

Constitución de un detector de proximidadConstitución de un detector de proximidad

Las partes básicas de un detector de proximidad son las siguientes:Las partes básicas de un detector de proximidad son las siguientes:

1 Oscilador.1 Oscilador. Esta formado por una bobina o inductancia y un Esta formado por una bobina o inductancia y un condensador, formando el circuito electrónico de un oscilador. condensador, formando el circuito electrónico de un oscilador. Cuando sus reactancias coinciden, el circuito comienza a oscilar. Cuando sus reactancias coinciden, el circuito comienza a oscilar.

2 Salida.2 Salida. La salida es estática (transistor) y puede ser NA, NC o La salida es estática (transistor) y puede ser NA, NC o complementaria NA + NC. También podemos observar que hay complementaria NA + NC. También podemos observar que hay dos tipos de salidas según el numero de hilos, los hay de 2 hilos, dos tipos de salidas según el numero de hilos, los hay de 2 hilos, en donde la carga a controlar va en serie con el detector. Y tipo 3 en donde la carga a controlar va en serie con el detector. Y tipo 3 hilos, la carga esta en paralelo con el detector. hilos, la carga esta en paralelo con el detector.

3 Alimentación.3 Alimentación. Es la encargada de dar tensión a los circuitos Es la encargada de dar tensión a los circuitos electrónicos del detector. Existen tres tipos de alimentación:electrónicos del detector. Existen tres tipos de alimentación:- Continua 12...24 V; - Continua 12...24 V; - Alterna 24....48 V.- Alterna 24....48 V.- Alterna – continua 110...240 V- Alterna – continua 110...240 V

Tipos de detectores de proximidadTipos de detectores de proximidad

Los detectores de proximidad se dividen en dos tipos:Los detectores de proximidad se dividen en dos tipos:

Inductivos.Inductivos. Capacitivos.Capacitivos.

Detectores inductivosDetectores inductivos.. Constan esencialmente de un oscilador Constan esencialmente de un oscilador cuyo bobinado o inductancia constituye la cara sensible del cuyo bobinado o inductancia constituye la cara sensible del detector . En esta cara se produce un campo magnético alterno. detector . En esta cara se produce un campo magnético alterno. Cuando se coloca un objeto metálico en la proximidad de este Cuando se coloca un objeto metálico en la proximidad de este campo, la inductancia aumenta de valor, provocando que el campo, la inductancia aumenta de valor, provocando que el oscilador se detenga. En este instante se conmuta la salida del oscilador se detenga. En este instante se conmuta la salida del detector.detector.

Detectores capacitivos.Detectores capacitivos. Constan de un oscilador cuyo Constan de un oscilador cuyo condensador constituye la cara sensible del detector. Cuando un condensador constituye la cara sensible del detector. Cuando un material conductor o aislante (liquido o polvo, etc.) se coloca material conductor o aislante (liquido o polvo, etc.) se coloca dentro del alcance del detector, modifica el valor de la capacidad, dentro del alcance del detector, modifica el valor de la capacidad, provocando la oscilación. En este instante conmuta la salida del provocando la oscilación. En este instante conmuta la salida del detector.detector.

DETECTOR DE PROXIMIDAD (INDUCTIVO)DETECTOR DE PROXIMIDAD (INDUCTIVO)

INDUCTANCIA MAGNÉTICA.INDUCTANCIA MAGNÉTICA.

Cuando la corriente fluye a través de un conductor, se genera un Cuando la corriente fluye a través de un conductor, se genera un campo magnético alrededor de este.campo magnético alrededor de este.

Una corriente eléctrica genera un campo magnético

Este efecto también se produce en el caso de que la corriente recorra una bobina.


Cuando la bobina es conectada a una fuente de alimentación de Cuando la bobina es conectada a una fuente de alimentación de corriente continuacorriente continua, se genera un campo electromagnético. La , se genera un campo electromagnético. La intensidad del campo magnético (flujo magnético ) generado intensidad del campo magnético (flujo magnético ) generado dependerá principalmente del número de espiras de la bobina dependerá principalmente del número de espiras de la bobina y de la corriente eléctrica que fluya a su través.y de la corriente eléctrica que fluya a su través.

Campo magnético generado por una corriente eléctrica a través de una bobina


Cuando un hilo o una placa metálica se mueve dentro de un Cuando un hilo o una placa metálica se mueve dentro de un campo magnético, sobre dicha placa se generan unas campo magnético, sobre dicha placa se generan unas corrientes eléctricas. Es el resultado de un efecto que se corrientes eléctricas. Es el resultado de un efecto que se conoce como inducción magnética.conoce como inducción magnética.

También se generan o inducirán corrientes en la placa en el caso que cambie constantemente el flujo de dirección, que es lo que ocurrirá si aplicamos corriente alterna a la bobina.


Si aplicamos corriente alterna a la bobina, estamos creando un flujo Si aplicamos corriente alterna a la bobina, estamos creando un flujo magnético alterno, el cual generará corrientes inducidas en la placa. La magnético alterno, el cual generará corrientes inducidas en la placa. La intensidad de dichas corrientes dependerá de la potencia del flujo intensidad de dichas corrientes dependerá de la potencia del flujo magnético, así como de la velocidad del cambio, es decir de la frecuencia.magnético, así como de la velocidad del cambio, es decir de la frecuencia.

Podríamos afirmar que cuando la placa se encuentra junto a la bobina, la Podríamos afirmar que cuando la placa se encuentra junto a la bobina, la intensidad de flujo magnético será mayor que en aquella posición alejada intensidad de flujo magnético será mayor que en aquella posición alejada unos centímetros de la misma.unos centímetros de la misma.

Las corrientes inducidas en la placa, generan a su vez su propio flujo magnético de sentido opuesto al generado por la bobina, lo cual crea una disminución de la intensidad del flujo magnético de la bobina, a la vez que causa una caída de la tensión y corriente en sus Bornes.

Aproximación de un objeto al detectorAproximación de un objeto al detector

PERMEABILIDAD MAGNETICAPERMEABILIDAD MAGNETICA

Es la propiedad que poseen los cuerpos de conducir o Es la propiedad que poseen los cuerpos de conducir o absorber el flujo magnético. El índice de permeabilidad absorber el flujo magnético. El índice de permeabilidad

magnética relativa (magnética relativa (μμr) indica en que medida un material es r) indica en que medida un material es buen o mal conductor del flujo magnético.buen o mal conductor del flujo magnético.

Podríamos clasificar los materiales en tres categorías:Podríamos clasificar los materiales en tres categorías:

Diamagnéticos < 1 Diamagnéticos < 1 Paramagnéticos =1Paramagnéticos =1 Ferromagnéticos > 1Ferromagnéticos > 1

PERMEABILIDAD MAGNETICAPERMEABILIDAD MAGNETICA1º Materiales diamagnéticos, son aquellos materiales que presentan un índice de 1º Materiales diamagnéticos, son aquellos materiales que presentan un índice de

permeabilidad magnética algo menor que 1 y son:permeabilidad magnética algo menor que 1 y son: CristalCristal Oro Oro PlataPlata CobreCobre ZincZinc MercurioMercurio SilicioSilicio2º Materiales paramagnéticos, son aquellos que presentan un índice igual a 1 y 2º Materiales paramagnéticos, son aquellos que presentan un índice igual a 1 y

son:son: AluminioAluminio AireAire MagnesioMagnesio PlatinoPlatino WolframioWolframio3º Materiales ferromagnéticos , son aquellos que presentan un índice muy superior 3º Materiales ferromagnéticos , son aquellos que presentan un índice muy superior

a 1, en ocasiones pueden llegar a 100.000 Gauss y son:a 1, en ocasiones pueden llegar a 100.000 Gauss y son: HierroHierro Aleaciones de hierroAleaciones de hierro NíquelNíquel Cobalto.Cobalto.

DETECTOR DE PROXIMIDAD (CAPACITIVO)DETECTOR DE PROXIMIDAD (CAPACITIVO)

Trataremos de entender como se puede detectar un objeto, sin necesidad de Trataremos de entender como se puede detectar un objeto, sin necesidad de

contacto físico, gracias al uso de la variación de la capacidad electrostática.contacto físico, gracias al uso de la variación de la capacidad electrostática.

Capacidad y circuitos capacitivos.

Según la teoría de las capacidades (condensadores), podemos decir que un condensador está formado por dos placas metálicas (armaduras) enfrentadas una a la otra. Estas placas están separadas una cierta distancia por medio de un material, llamado dieléctrico. Este dieléctrico pude ser un sólido, liquido o gas. Todos ellos son materiales o medios aislantes.Cada dieléctrico ofrece una capacidad especifica. Esta capacidad especifica es el producto de dos constantes dieléctricas del material:AbsolutaRelativa.

La capacidad especifica del aire es 1. La capacidad especifica de un material vendrá dada por comparación con la del aire.


Cuando una fuente de alimentación de corriente alterna se conecta a un Cuando una fuente de alimentación de corriente alterna se conecta a un condensador, se produce una corriente. La intensidad de esta corriente condensador, se produce una corriente. La intensidad de esta corriente eléctrica depende principalmente de la frecuencia de la fuente de eléctrica depende principalmente de la frecuencia de la fuente de alimentación y del tamaño del condensador.alimentación y del tamaño del condensador.

PRX

Co Co

Circuito capacitivo de un detector capacitivo Circuito equivalente

Estas figuras nos muestran el circuito capacitivo cuando no hay objeto en las cercanías del detector de proximidad, así como su circuito equivalente de forma esquemática.


Cuando se aproxima un objeto al detector capacitivo, aparece una Cuando se aproxima un objeto al detector capacitivo, aparece una nueva capacidad, que hace que la capacidad total aumente nueva capacidad, que hace que la capacidad total aumente (condensadores en paralelo = suma de capacidades).(condensadores en paralelo = suma de capacidades).

PRX

Co

Co

C1 Objeto

C1


Los detectores de proximidad capacitivos pueden también detectar Los detectores de proximidad capacitivos pueden también detectar materiales materiales conductivos.conductivos. En estos casos el circuito equivalente seria el que se muestra En estos casos el circuito equivalente seria el que se muestra a continuación.a continuación.

PRX

Co

Co

R Objeto

R

La pequeña corriente eléctrica a través del condensador (Co) seguiría siendo la misma, pero la corriente total del circuito se verá incrementada por la resistencia del material conductivo. Gracias a esta explicación entendemos cómo un detector de proximidad capacitivo se ve influenciado por los cambios en la humedad ambiente, o se ve afectado por el polvo ola condensación.

Versiones Versiones

Enrasados No enrasados

Amplificador-Oscilador incorporado

MONTAJE EN MASA METÁLICA

MODELO EMPOTRABLEVentaja: sin influencia lateral pero alcance reducido.

MODELO NO EMPOTRABLE

Ventaja : Alcance 2 veces superior al modelo no empotrable ( despeje lateral para evitar influencias de las masas metálicas.

Formas externas Formas externas

Cilíndrico noenrasado

Cilíndricoenrasado

Cuadradofrontal

Cuadradosuperior

Formas externas Formas externas De anillo (pasante)

Cilíndricosde plástico

Cilíndricos de cuerpo plano

De montajeplano

Aplicaciones (1)Aplicaciones (1)

•Posicionador de levas para máquinas secuenciales.

•Detección de tetra-brik de leche vacíos con un interruptor de proximidad capacitivos.


•Detección de huecos en chapas metálicaspara confirmar la alineación.

•Control de envasado. Detecta la presencia de la tapa metálica.


•Detección de metal magnético a través de un metal no magnético. Detectamos el flotador de hierro para controlar el nivel.

•Detección de hojas metálicas en películas de cine. Para la sincronización de varios proyectores.


•Detección de falta de piezas. Detecta la ausencia de tornillos.

•Codificación en líneas paletizadoras.


•Detección de manuales de instrucciones.El tapón metálico se detecta si no está el manual.

•Control de la manipulación de piezas de un robot. Comprueba que el robot lleva la pieza metálica.

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