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ELECTRICIDAD

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CURSO DE ELECTRÓNICA BÁSICA E INSTRUMENTACIÓN

2Tema1: Introducción a la electricidad en laboratorios.

Generación de Energía Eléctrica

• Centrales Hidroeléctricas• Centrales Térmicas• Centrales Nucleares• Energías Alternativas

Transporte• Subestaciones• Centros Elevadores• Líneas de Alta Tensión

Distribución

• Subestaciones• Centros Reductores• Líneas de Baja Tensión

Consumo • Residencial• Industrial

Generación

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Centrales Hidroeléctricas

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Centrales Térmicas

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Central Nuclear

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Central Fotovoltáica

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Energía Solar Térmica

Central solar de alta temperatura

Colector solar de baja temperatura

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Central Eólica

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Generación y Distribución de Energía Eléctrica

La energía se genera en los alternadores a tensiones de 3 a 36 kV en corriente alterna Se eleva en las estaciones transformadoras a tensiones de: 66 - 110- 132 -220 - 380 kV. De esta forma se reducen considerablemente las pérdidas, ya que son proporcionales a la corriente.Se mantienen en corriente alterna ya que los transformadores solo funcionan con corrientes variables.La tensión se baja de nuevo con transformadores en cada punto de distribución. La industria pesada suele trabajar a 33.000 voltios (33 kilovoltios), y los trenes eléctricos requieren de 15 a 25 kilovoltios. Para su suministro a los consumidores se baja más la tensión: la industria suele trabajar a tensiones entre 380 y 415 voltios, y las viviendas reciben entre 220 y 240 voltios

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Subestación Eléctrica

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Línea Alta Tensión

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Transformador Alta

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Aisladores

• En la practica, el número de discos o unidades que conforman la cadena de aisladores es aproximadamente proporcional a la tensión, con ligero aumento para las tensiones mas altas y con cierto margen en la longitud de cada unidad.

• Para la tensión de 66 kv se usan de 4 a 5 unidades, para 110 kv de 7 a 8, para 132 kv de 8 a 10, para 154 kv de 9 a 11, para 220 kv de 14 a 20.

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FACTURA ELÉCTRICA

El coste del servicio:De la cantidad total a facturar antes de impuestos no todo es para pagar el servicio, que nos presta la empresa distribuidora. Este servicio es sólo el 93,823% de la cantidad antes de impuestos, el resto retribuye otros conceptos:•Costes permanentes del sistema: 1,819%Desglosados de la siguiente manera:•Compensación por el mayor coste del suministro a los consumidores insulares y extrapeninsulares (Baleares, Canarias, Ceuta y Melilla): 1,490 %Este porcentaje de nuestra factura permite que los consumidores de los territorios insulares y extrapeninsulares paguen el mismo precio por la electricidad que los consumidores peninsulares, a pesar de que en esos territorios es más costoso el servicio eléctrico que en la península.•Operador del Sistema: 0,203 %Con este porcentaje de nuestra factura se retribuye a Red Eléctrica de España, S.A. por el servicio que presta el gestionar el sistema eléctrico en su conjunto.•Operador del Mercado: 0,057%De este concepto se obtiene la retribución de la empresa responsable de gestionar el mercado mayorista de electricidad, la Compañía Operadora del Mercado Español de Electricidad (OMEL)•Comisión Nacional de Energía: 0,069%Con esta cuota se cubren los costes de funcionamiento de la CNE•Los costes de diversificación y seguridad de abastecimiento: 4,358%Estos costes se componen de los siguientes conceptos:•Moratoria Nuclear: 3,54%Esta cuota financia aquellas instalaciones nucleares que por decisión del Gobierno no llegaron a entrar en funcionamiento.•2ª Parte del ciclo de combustible nuclear: 0,715 %Esta cuota retribuye la actividad de la Empresa Nacional de Residuos Radioactivos (ENRESA) que es la encargada de gestionar los residuos producidos por el combustible nuclear usado en las centrales de este tipo productoras de energía eléctrica.•Costes de la compensación por interrumpibilidad, por adquisición de energía a las instalaciones de producción en régimen especial y otras compensaciones: 0,103 %Esta cuota retribuye a los pequeños distribuidores de electricidad por los descuentos por interrumpibilidad que realizan a sus consumidores que tienen esta característica, así como el sobreprecio que pagan por la energía que compran a los generadores en régimen especial que están conectados a sus redes.

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Corriente Alterna

La corriente alterna generada se caracteriza por un valor:fem= Em · sen(2·π·f·t+φ) donde f es la frecuencia de giro de la bobina, φes la fase inicial (posición angular inicial de la bobina) y Em es el valor máximo de la fuerza electromotriz, que depende de:Em=n·B·S· w donde w=2·π·f, n es el número de espiras, B es la inducción magnética y S es la superficie de cada espira.

Haciendo girar una bobina en el interior de un campo magnético, en ella se produce un tipo de corriente eléctrica denominada Corriente Alterna.

La fuerza electromotriz eficaz determina la fuerza electromotriz de una corriente continua que produjera sobre una resistencia los mismos efectos que la corriente alterna.

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Corriente Alterna Trifásica

• Para generarla se sitúan tres bobinas desplazadas 1/3 de vuelta (120º)

• Cuando el rotor magnetizado, que genera un campo magnético gira, generará voltajes alternos inducidos en cada bobina.

• Es como si existieran tres generadores monofásicos en el mismo cuerpo.

El generador tendrá seis cables de salida, un par por cada una de las tres bobinas de generación.

Si suponemos las tres bobinas iguales, y colocamos un osciloscopio entre los extremos de cada par, obtendremos voltajes exactamente iguales en magnitud y forma.

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Corriente Contínua

La corriente Continua es el flujo continuo de electrones a través de un conductor entre dos puntos de distinto potencial. En este caso la corriente circula siempre en la misma dirección del punto de mayor potencial al de menor potencial, se suele identificar la corriente continua con la corriente constante. Es continua toda corriente que mantiene siempre la misma polaridad, por ejemplo la de una batería o pila . Este tipo de corriente se utiliza en infinidad de aplicaciones, aparatos de bajo voltaje, portátiles de todo tipo, juguetería ,etc.Cada vez se extiende el uso de este tipo de corriente producida por células solares, energía solar fotovoltaica.

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Sistemas de distribución pública.

• Sistema monofásico.

• Sistema trifásico.

• Tensión entre fase y neutro: 230V

• Tensión entre fases: 400V• Tensión entre fase y neutro: 230V

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Tierra y Neutro

• La energía eléctrica es suministrada mediante líneas trifásicas conectadas en estrella.

• El punto común de las líneas trifásicas se denomina neutro, y sirve de retorno para la corriente de cada fase.

• Entre cada fase y neutro la tensión eficaz es de 230V

• El conductor de neutro siempre es de color azul por norma .

• El conductor de tierra es siempre por norma bicolor verde y amarillo,este conductor es de protección.

• Para detectar un conductor de fase se puede utilizar un buscapolos.

El objeto de la instalación de una puesta a tierra es conseguir que en el conjunto de las instalaciones, edificios y superficie próxima del terreno no existan peligrosas diferencias del potencial y que al mismo tiempo se permita el paso a tierra de las corrientes de defecto o la descarga de origen atmosférico. Siguiendo estas premisas las puestas a tierra se establecen para limitar la tensión que puedan presentar en cualquier momento las masas metálicas, eliminando, o cuanto menos, disminuyendo el peligro que supone una avería en el material empleado en la instalación.Partes de un sistema de puesta a tierraLos sistemas de puesta a tierra cuentan con unas cuantas partes imprescindibles: las tomas de tierra, las líneas principales de tierra, las derivaciones de las líneas principales de tierra y los conductores de protección. En cuanto a las tomas de tierra hay que tener en cuenta que las instalaciones que lo precisen deben disponer de un número suficiente de puntos de puesta a tierra, convenientemente distribuidos, que estarán conectados al mismo electrodo o conjunto de electrodos. Además el punto de puesta a tierra debe estar constituido por un dispositivo de conexión (borne, regleta, placa, etc.) que posibilite la unión entre los conductores de las líneas de enlace y principal de tierra, de forma que sea posible mediante los útiles pertinentes separarse éstas con el fin de poder realizar la medida de la resistencia de tierra.Las líneas principales de tierra se componen de conductores que parten del punto de puesta a tierra y a las que están conectadas las derivaciones necesarias para la puesta a tierra de las masas. Esto se hace generalmente a través de los conductores de protección.Por último las derivaciones de las líneas principales de tierra se constituyen por conductores que unen la línea principal de protección.

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Conductores

• Los conductores de la instalación se identifican mediante los colores que presentan:

• Las secciones de los conductores serán, como mínimo, las siguientes:- Alumbrado (1,5 mm2) - Enchufes de usos varios (2,5 mm2) - Lavadora y calentador (4 mm2) - Cocina, horno, calefacción y aire acondicionado (6 mm2)

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ACOMETIDA

• Parte de la instalación que estáentre la red de distribución pública y el cuadro general de protección de la vivienda. Incluye la ...Línea de Acometida Caja General de Protección Línea Repartidora.Centralización de Contadores.

El Contador es el dispositivo que mide la energía consumida en la instalación, (activa o reactiva). Puede ser propiedad del cliente o de la empresa suministradora.

Mide el consumo en KWh

Línea de acometida: Parte de la instalación de enlace comprendida entre la red de distribución pública y la caja general de protección del edificio. Es el punto de entrega de energía eléctrica por parte de la compañía suministradora.Caja General de Protección ó Caja de Acometida: Aloja en su interior los elementos de protección de la línea repartidora. Es el punto inicial de la instalación de enlace del edificio.Línea repartidora. Conducción eléctrica que enlaza la caja general de protección con la centralización de contadores del edificio situados en el Cuarto de Contadores.

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Cuadro General de Protección-1

• Pequeño Interruptor Automático (PIA)Protegen contra sobre cargas en cada uno de los circuitos interiores

•Cuadro General de Protección

•Interruptor General Automático (I.G.A.)Desconecta la instalación de las líneas exteriores

•Interruptor de Control de Potencia (ICP)Controla que la potencia utilizada se ajusta a la contratada

•Interruptor diferencial (ID)Desconecta la instalación cuando hay una fuga a tierra

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Cuadro General de Protección-2• Disposición de los elementos en el cuadro general de protección:

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Esquema eléctrico unifilar de cuadro de protección

Representa de forma esquemática como se distribuyen las líneas de fuerza y alumbrado para motores y equipos y circuitos de iluminación.En el esquema se puede comprobar que la sensibilidad de los diferenciales es diferente cuando se trata de locales o emplazamientos humedos o emplazamientos secos.

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Interruptor Magnetotérmico

• Elemento de protección de instalaciones eléctricas que protege contra cortocircuitos y sobreintensidades.

En caso de cortocircuito la corriente que atraviesa el solenoide tiene una magnitud tal que produce el desplazamiento del núcleo que a su vez provoca la apertura de los contactos

En caso de sobrecarga la deformación de la lámina bimetálica provoca la apertura de los contactos

• Dependiendo del número de polos, calibre y su posición dentro del cuadro de protección, recibe el nombre de

ICP IGA PIA

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Interruptor de Control de Potencia

• Interruptor magnetotérmico que limita la potencia máxima que se puede utilizar en una instalación, de acuerdo con el contrato de la compañía suministradora.

• Va precintado, para evitar que sea manipulado por cualquier persona ajena a la compañía

•Se corresponde con el concepto que figura en el apartado 1 de la factura eléctrica:

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Interruptor General Automático

• Interruptor magnetotérmico utilizado como interruptor de protección general de todos los circuitos de un suministro.

• Desconecta todo el sistema eléctrico de la instalación.

• Se utiliza en instalaciones como automático de corte omnipolar(todos los polos)

• Se suele utilizar en cuadros eléctricos donde uno o más circuitos ocupan la misma canalización

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Pequeño Interruptor Automático (PIA)

• Interruptor magnetotérmico destinado a proteger los circuitos contra posibles sobrecargas y cortocircuitos que se puedan producir.

• Se instalarán dentro del cuadro general de mando y protección, colocándose uno por cada circuito.

• Son conocidos normalmente como automáticos.

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Interruptor Diferencial

• Es un interruptor que tiene la capacidad de detectar la diferencia entre la corriente de entrada y salida en un circuito (que siempre debe coincidir).

• Cuando esta diferencia supera un valor determinado (sensibilidad), para el que está calibrado (30 mA, 300 mA, etc), el dispositivo abre el circuito, interrumpiendo el paso de la corriente a la instalación que protege.

• Se utiliza para proteger a los usuarios ante contactos eléctricos de partes activas de la instalación.

NOTA: El usuario debe comprobar el correcto funcionamiento del diferencial pulsando el botón de prueba T (Test) una vez al mes aproximadamente. Si al pulsar esta tecla el diferencial no se dispara, avisar al servicio de mantenimiento.

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Prueba del diferencial

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Funcionamiento del Diferencial-1

• En toda instalación eléctrica, la corriente de entrada por la fase y de salida por el neutro tiene que ser la misma

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Funcionamiento del Diferencial-2• Si las partes metálicas de un equipo pierden el aislamiento y entran

en contacto con una fase, el propio equipo actuará como un conductor puesto a tensión.

• Una parte de la corriente atravesará el cuerpo de la persona, cerrándose el circuito por el suelo, tuberías, etc, en vez de por el neutro, lo cual es detectado por el interruptor diferencial.

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Funcionamiento del diferencial-3• Si la instalación dispone de toma de tierra, la pérdida de

aislamiento de la fase, que pone en tensión las partes metálicas de los aparatos, son derivadas inmediatamente a tierra:

• De esta forma las derivaciones son detectadas instantáneamente.• Debemos buscar el aparato derivado antes de rearmar el diferencial.

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Fusible

• Es un dispositivo de protección ,esta formado por un filamento o lamina de metal o aleación de bajo punto de fusión .

• Se instala generalmente en los conductores de fase.

• Siempre que se sustituya un fusible fundido por otro , tener en cuenta la intensidad y el tamaño, debe ser de idénticos valores al sustituido .

• Se funde por el efecto Joule cuando la intensidad que circula por el supera un determinado valor, protege los conductores eléctricos de la instalación .

• Evita incendios en la instalación eléctrica y protege a los elementos de esta .

Se denomina fusible a un dispositivo, constituido por un filamento o lámina de un metal o aleación de bajo punto de fusión que se intercala en un punto determinado de una instalación eléctrica para que se funda, por Efecto Joule, cuando la intensidad de corrientesupere, por un cortocircuito o un exceso de carga, un determinado valor que pudiera hacer peligrar la integridad de los conductores de la instalación con el consiguiente riesgo de incendio o destrucción de otros elementos.Se suelen instalar fusibles, entre otros lugares, en las líneas de transporte de electricidad, en la entrada del suministro a las viviendas y en gran número de aparatos eléctricos y electrónicos, como fuentes de alimentación, polímetros, etc.

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Sistema de Puesta a Tierra• Comprende la conexión de

todas las partes metálicas de un edificio, forjados, vigas metálicas, tuberías de suministros ,gas,agua todos los equipos consumidores de una instalación y un electrodo enterrado en el suelo.

• Consigue que entre los equipos no exista diferencia de potencial peligrosa con respecto al conductor de protección de tierra.

• Permite el paso a tierra de descargas atmosféricas o electricidad estática.

El límite de tensión admisible entre una masa y tierra entre dos masas no superará los 24 voltios en locales húmedos (cocinas, baños, etc.) y 50 voltios en locales secos.

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Riesgo Eléctrico

• El riesgo asociado a la electricidad es debido a las consecuencias negativas del paso de corriente por el cuerpo humano

• Golpes, caídas, explosiones en atmósferas inflamables

• Quemaduras: Alteración de la piel, enrojecimiento, hinchazón, carbonización

• Tetanización: movimiento incontrolado de los músculos como consecuencia del paso de la energía eléctrica

• Asfixia se produce cuando el paso de la corriente afecta al centro nervioso que regula la función respiratoria

• Fibrilación ventricular consiste en el movimiento anárquico del corazón, el cual, deja de enviar sangre a los distintos órganos y, aunque esté en movimiento, no sigue su ritmo normal de funcionamiento.

La electrocución se produce cuando la persona fallece debido al paso de la corriente por su cuerpo

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Factores que intervienen en el Riesgo Eléctrico• Intensidad de la corriente• Tiempo de exposición• Impedancia del cuerpo humano• Recorrido a través del cuerpo• Tipo de tensión y frecuencia

Corriente Alterna 50 Hz Corriente Contínua

100% = trayecto de referencia mano-mano

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Tipos de contactos eléctricos

• Contacto directo: tiene lugar al tocar una parte del equipo que estádiseñada para estar en tensión (cables, bases de enchufe, clavijas, etc.)

•Contacto indirecto: tiene lugar al tocar una parte del equipo que está en tensión por un defect0, ya que no está diseñada para estar en tensión

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Técnicas de seguridad contra contactos eléctricos

• Protección contra contactos directos, se deben de tomar medidas de protección por ejemplo, alejamiento de las partes activas de la instalación eléctrica que no sea posible el contacto, por manipulación o aproximación a partes activas.

• Protección contra contactos indirectos,se clasifican en dos apartados, clase A y clase B.

• Los sistemas de clase A son , separación de circuitos, uso de pequeñas tensiones de seguridad, separación de masas accesibles y las partes activas usando aislamientos de protección,inaccesibilidad simultanea de elementos conductores y masas , recubrimientos de las masas con aislamientos de protección,y conexiones equipotenciales.

• Los sistemas de clase B son, puestas a tierra de las masas y dispositivos de corte por intensidad de defecto (diferenciales), puesta a tierra de las masas y dispositivos de corte por tensión de defecto, puesta a neutro de las masas y dispositivos de corte por intensidad de defecto

Ampliar definición de aparatos de clases A y B

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Localización de Averías

• Las averías pueden estar localizadas en la instalación eléctrica o en los aparatos eléctricos. Instalación eléctrica:

• Automático magnetotérmico disparado:Normalmente se disparan estos dispositivos por cortocircuito o sobrecarga.Estos dispositivos generalmente protegen los conductores eléctricos y equipos.Cada circuito va ligado a un automático y este a un numero determinado de bases de enchufe.ACTUACIÓN:

• Localizar el automático y circuito asociado que ha causado el disparo.• Desconectar todos los equipos y aparatos conectados a este circuito , se pueden

desconectar los equipos con su propio interruptor.• A continuación rearmar el automático; • Si persiste el disparo desenchufar los aparatos y volver a rearmar el automático, ya

que será uno de los aparatos el responsable.• Una vez comprobado que no hay nada conectado volver a rearmar el automático y si

se disparara de nuevo podría estar la avería en el propio cableado del circuito (poco probable) o el automático dañado. Avisar al servicio de mantenimiento.

• Conectar los equipos uno a uno, si uno de estos equipos estuviera mal, al enchufarlo y conectarlo, saltaría la protección. No volver a conectar este equipo y avisar para su reparación.

• Conectar el resto de equipos.

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Localización de Averías 2Diferencial disparado .Estos dispositivos protegen principalmente a las personas en casos de contactos directos e indirectos exista o no conexión o línea de tierra .Normalmente se disparan por derivación a tierra de algún aparato o componente interno del mismoGeneralmente se da este caso en equipos que calientan líquidos, baños, destiladores, autoclaves, termostatos de inmersión etc.ACTUACIÓN:

• Desconectar todos los aparatos conectados al circuito correspondiente a dicho diferencial.

• Rearmar el diferencial, si se dispara de nuevo, deberemos desactivar todos los automáticos ligados a este diferencial.

• Rearmar de nuevo el diferencial. Si se dispara, avisar al servicio de mantenimiento y finalizar el proceso.

• Si el diferencial queda rearmado, armar uno a uno los automáticos desactivados anteriormente, hasta que uno de ellos provoque el disparo del diferencial. Esa línea o circuito será la que tenga la derivación.

• Volver a comprobar que no hay nada conectado en esa línea y rearmar de nuevo. Si se dispara avisar a mantenimiento.

• Si no se dispara, conectar uno a uno los equipos, se puede dar el caso que se retrase un poco el disparo del diferencial al enchufar el equipo que este averiado.

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Localización de Averías 3

Aparatos eléctricos• Se deben conectar siempre a tomas de corriente con toma de tierra.• Comprobar siempre que los cables de alimentación eléctrica se encuentran en

buen estado (sin empalmes, sin quemaduras, no se encuentran pelados, etc)• Generalmente todos los equipos disponen de protección eléctrica utilizando

fusibles,suelen montarse en la parte trasera del equipo.• Los fusibles funcidos, se sustituirán siempre por uno idéntico al que suministra

el fabricante en tensión , intensidad y tamaño.• Antes de cambiar el fusible desconectar el equipo de la red eléctrica.• Si después de cambiar el fusible, se enchufa el equipo y se funde de nuevo,

desenchufar el aparato y avisar al servicio técnico

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