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Regulación de Tensión en Redes de Distribución.

Saludos.

Espero se encuentren muy bien estimados lectores, A continuación les comparto el más reciente escrito en Tecnología Eléctrica.

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La tensión que se dispone en las redes eléctricas gracias a las empresas concesionarias encargadas de la distribución de energía, tanto para los consumidores residenciales y comerciales, así como los industriales, no tienen un valor eficaz constante. Pero si deben tener, un valor que denominamos nominal, el cual es un valor que puede ser considerado como referencia, siendo el más probable a ser encontrado, en una eventual medición.

Grafico Nº 1: Ejemplificación de la variación de tensión a lo largo del alimentador.

                                                                                      Meléndez (2020)

No obstante, no importa o nivel de bondades que la red de distribución pueda poseer según su diseño, el valor eficaz de la tensión disponible para los  usuarios siempre fluctuará en torno a  ese valor de referencia. Por algunas horas, podría estar un poco por encima, mientras que, por otras horas, un poco por debajo. Tanto por encima como por debajo es que son determinantes los valores para  considerar si la tensión disponible que tiene la red su valor eficaz es aceptable para la alimentación de un determinado equipamiento, o no.

Tabla Nº 1: Niveles de tensión en Redes de distribución. 

Tensión Nominal

Zona A

Zona B

3 Hilos

4 Hilos

Tensión Mínima

Tensión Máxima

Tensión Mínima

Tensión Máxima

2400

 

2340

2520

2280

2540

4800

 

4680

5040

4500

5080

 

8300 Y / 4800

8110 Y/ 4680

8730Y/5040

7900Y/4560

8800Y/5080

 

12470 Y / 7200

12160 Y / 7020

13090Y/7560

11850 Y/ 6840

13200Y/7620

13800

 

13460

14490

13110

14520

 

24000Y/13800(*)

23290Y/13460

25100Y/14490

22680Y/13110

25150Y/14820

 

24940Y/14400

24320Y/14040

26190Y/15120

23690Y/13680

26400Y/15240

 

34500Y/19920

33640Y/19420

36230Y/20290

32780Y/18930

36510Y/21080

34500

 

33640

36230

32780

36310


            Meléndez (2020) Tomado de: COVENIN 159-97  

Notas:

1.- Los usuarios deben establecer contacto con la empresa de servicio correspondiente, a fin de conocer la tensión nominal que puede ser suministrada en la zona.

2.- Existen en algunos sectores del país sistemas que no están dentro de los valores nominales indicados en la tabla y que en lo posible deben pasar a algún valor normalizado en dicha tabla.

(*) Se permite una tolerancia de -0,42%

El principal objetivo de la regulación de tensión es tener a disposición  valores de tensiones mínimos y máximos necesarios para el correcto funcionamiento de todas las cargas de un sistema eléctrico durante todo el período de funcionamiento limitando la variación de la tensión que ocurre con la variación de la carga. Esto es necesario, pues cada equipamiento eléctrico es desarrollado para que opere dentro de una determinada franja de valores en torno de su tensión nominal. Esta franja es mostrada en los datos de placa característica del equipo, La cual garantice un desempeño satisfactorio conforme a las normas técnicas específicas.

 Tabla Nº 2: Valores máximos de regulación en los componentes del sistema de distribución. 

Componente

Alimentación de usuarios desde

Secundarios

Primarios

Entre subestación de distribución y el transformador de distribución (último).

5 %

 

9%

En el transformador de distribución

2,5%

2,5%

Entre el transformador de distribución y la acometida del último usuario a voltaje secundario

5%

 

En la acometida

1,5%

1,5%

Entre el transformador de distribución o de alumbrado y la ultima luminaria

6%

 

   Meléndez (2020) Tomado de Ramirez Castaño (http://www.bdigital.unal.edu.co/3393/1/958-9322-86-7_Parte1.pdf)

La caída de tensión existente a lo largo del alimentador, y su variación  conforme a la carga de este, produce una variación en las tensiones de todo el alimentador y consecuentemente en el valor de la tensión entregada al consumidor. Por tanto, Las empresas distribuidoras de electricidad deben realizar estudios técnicos buscando identificar las diversas soluciones que posibiliten una correcta regulación de tensión para sus consumidores de la manera más económica posible.

Existen diferentes maneras de mejorar los niveles de tensión de la red de distribución.

Una lista de opciones es presentada por [1]. siendo:

1.     Utilización de equipos reguladores de tensión en la subestación, transformadores con conmutador de derivaciones sin o con carga.

2.     Bancos de capacitores en la subestación.

3.     Balanceo de las cargas en el alimentador.

4.     Aumento de la sección de los conductores.

5.     Aumento del número de fases.

6.     Transferencia de carga para otros alimentadores.

7.     Instalación de nuevas subestaciones y alimentadores.

8.     Aumento del nivel de la tensión primaria del alimentador.

9.     Inserción de reguladores de tensión a lo largo del alimentador.

10.  Inserción de bancos de capacitores en serie o en paralelo al alimentador. Visite:  https://tecnologiaelectricaiut.blogspot.com/2020/04/principios-generales-para-la-ubicacion.html

La selección de una de las formas posibles para corregir la tensión depende de las características de cada sistema de distribución en específico y de la magnitud de la variación de la tensión en relación a los límites permitidos por la norma.

Las alternativas más usuales son la utilización de bancos de capacitores, por su bajo costo y fácil instalación, así como los reguladores de tensión, por su efectividad en el control de la tensión.

De forma que para establecer la concepción del servicio adecuado, si se hace necesario establecer los niveles de tensión, así como definir os limites de variación de la  tensión a ser respetados por todos aquellos que están  dentro de los servicios de energía eléctrica.

Mas en: https://tecnologiaelectricaiut.blogspot.com/2020/03/importancia-del-analisis-de-los.html 

Referencias:

[1].  Gönen, T.: Electric Power Distribution System Engineering, New York: McGraw-Hill Series in Electrical Engineering, 739p., 1986

 Direcciones Consultadas:

 http://www.bdigital.unal.edu.co/3393/1/958-9322-86-7_Parte1.pdf

 http://repositorio.unicamp.br/bitstream/REPOSIP/259439/1/Alcantara_MarcioVenicioPilar_M.pdf

      http://www.sencamer.gob.ve/sencamer/normas/159-97.pdf

Importancia del análisis de los regímenes de Distribución Eléctrica

Saludos. 

Espero se encuentren muy bien estimados lectores, A continuación les comparto el artículo "Importancia del análisis de los regímenes de Distribución Eléctrica”

Con este contenido podemos iniciar a conocer sobre los sistemas eléctricos de distribución ya que este sub-sistema no solo se debe saber que se compone de postes, conductores, herrajes, aisladores, entre otros.  Si no que debemos esta capacitados para evaluar problemas que se puedan presentar así como optimizar esta parte del sistema eléctrico, ya que por lo general los estudios de ingeniería se concentran en el sub-sistema transmisión. 

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Introducción:

Plantear como realidad hoy día que tenemos un entorno que se mueve rápidamente y que está en constante evolución. Debido a esto aparecen nuevos retos para las empresas distribuidora de energía eléctrica en un entorno cada vez más complejo y claro los ingenieros electricistas, Para adaptarse las organizaciones deben tener las habilidades necesarias para ser capaces de dirigir a sus organizaciones en ese entorno, asegurando su funcionamiento y su permanencia en el mercado.

Figura 1. Captura de pantalla (padeepro).

Tomada de : http://www.padeepro.com/pdf/analisis_redes_distribucion_padee_descripcion.pdf


En este orden de ideas debemos enfocarnos en buscar nuevas formas de encontrar resolver los problemas, diseños, planes de mantenimientos, trabajos u otros que superen al tradicional en esta temática, que este fuertemente ligado a una orientación al servicio público y a la atención de averías, acercándonos a materias como la orientación a la seguridad, a la calidad y a la protección del medio ambiente.

Actualidad de las Redes de Distribución Eléctrica

Los estudios de los sistemas de potencia están cobrando mayor importancia sobre los puntos de cargas o usuarios a los que se les suministra el servicio de energía por la expansión de los sistemas de distribución de energía eléctrica en el mundo, nos referimos en particular a estos por ser el eslabón final en la cadena producción – transmisión y consumo de electricidad ya que es la zona funcional donde se atiende a la mayoría de los usuarios.
La contrariedad de la interrupción del servicio de energía eléctrica, se ha convertido en un tema de gran interés para las empresas del sector eléctrico y más aún, para los usuarios residenciales e industriales.


Ítem
Descripción
Participación[%]
1
Pérdidas de energía
70
2
Número de fallas
90
3
Indisponibilidad
99
4
Energía no entregada
75
5
Costo de entrega de energía
40
6
Inversión anual para transporte
70
7
Costo de operación
20
Tabla 1: Cifras de participación de los sistemas de distribución en el sistema de potencia
Fuente:  www.feis.unesp.br/Home/departamentos/engenhariaeletrica/lapsee/curso_2011_zapata_2.pdf



En la tabla antes mostrada se puede detallar como participa el sub-sistema distribución porcentualmente para cada problema que se presenta en sistema eléctrico. Como por ejemplo las pérdidas de energía  del 100% que se tienen en el sistema al sub-sistema distribución corresponde aproximadamente el 70%. Con esto se resalta  la importancia de estudiar esta parte del sistema que con anterioridad ha sido subestimado.
Aunado a esto por los procesos de modernización, las empresas de suministro del servicio eléctrico del mundo, realizan estudios para valorar los costos debidos a una inadecuada continuidad en el suministro, y de esta forma, obtener un punto equidistante entre el costo de inversión para mejorar la confiabilidad de un sistema y los costos que las interrupciones representan a los usuarios del servicio (Sullivan et al., 1995; Sullivan et al., 1996).las interrupciones del suministro de energía eléctrica (Alfonso et al., 2005).

    Análisis de los Sistemas de Distribución eléctrica:

En los últimos años se han aumentado los estudios realizados al sistema de distribución debido a como se dicho anteriormente es parte fundamental del sistema de eléctrico al que no se le prestaba la misma importancia que a los otros dos grandes  sistemas (generación y transmisión). Entre los análisis más importantes se encuentran:

            • Reducción de pérdidas.
            • Reconfiguración de alimentadores primarios.
            • Balance de fases.
            • Confiabilidad.

Estos estudios incluyen una serie de tareas a realizar en los sistemas de distribución y podemos nombrar algunos como:

     Elaboración de esquemas eléctricos detallados y actualizados de distribución.

  Modelar matemáticamente el funcionamiento de los componentes de la red de distribución eléctrica.

    Contar con el registro histórico y temporal de faltas tales como cortocircuitos, pérdida de grupo, defecto homopolar, entre otros... Estos son datos que contribuirán a la rigurosidad de los análisis.

     Información sobre los sistemas nuevos que van a ser instalados o están propuestos.

 Demanda eléctrica actual, evolución histórica, y estimaciones futuras recogidas en las planificaciones energéticas. Esta información es necesaria para analizar escenarios de penetración de energías renovables.

Todo esto a realizar en un proyecto de electrificación se debe considerar el factor social, a fin de lograr un sistema que se ajuste a las necesidades y requerimientos de la zona y que debe servir como principio fundamental  para lograr un desarrollo óptimo tanto  técnica y económicamente, escogiendo la combinación más adecuada del conjunto: alimentador primario, capacidad y cantidad de puntos de transformación, alimentador secundario y acometidas.

Para ello existen diferentes metodologías a considerar a la hora de realizar el análisis pero siempre se deben considerar los reglamentos y normas  del país donde se proceda a ejecutar dicho estudio, sin olvidar considerar los tres aspectos básicos de la ingeniería:

·         Diseño eléctrico.
·         Diseño mecánico.
·         Diseño económico.  .

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Referencias:

Alfonso, P., Jenny, P., Jairo H. y Gabriel O. y J. Benjamín. Methodological proposal for cost valuation due to an inadequate continuity in the electric energy supply. III International Symposium on Electric Energy Quality SICEL 2005, Bogotá 16 a 18 November (2006). 
Esri. "SIG para empresas de servicios públicos y telecomunicaciones". 2001
 M. Estrada. "Integración de sistemas de información geográfico de una red de distribución eléctrica".
Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Eléctrico. Universidad de Tarapacá. Arica, Chile. 2012.         
Sullivan M., T. Vardell, N. Suddeth y A. Vojdani, Interruption Costs, Customer Satisfaction and Expectations for Service Reliability. IEEE Transactions on Power Svstems: 11(2), 989-995 (1995).    
Z. Wang, D.E. Julian, M. Bass and W. Peterson. "Interpreting GIS data for operation and control of distribution networks". Power Systems Conference and Exposition. IEEE PES. Vol. 2, pp. 907-912. 2004. October 10-13, 2004
Direcciones consultadas:
Herramientas avanzadas para monitorización y operación de Redes MT/BT. 11/01/2018; tomado de


Selección de Motores Eléctricos.

Saludos.

Espero se encuentren muy bien estimados lectores. A continuación les comparto otra de mis publicaciones en Tecnología Eléctrica, un post que trata sobre: La importancia de realizar una selección adecuada de un motor eléctrico.   

Acaso ¿Conoces como afecta a la eficiencia de un motor eléctrico si este está sobre-dimensionado? ó ¿Si este motor afecta los valores del factor de potencia en la instalación? Con este contenido podemos orientar las respuestas a estas preguntas y además ofrecer un material que sirva para la consulta.

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A modo de introducción.

El permanente desarrollo tecnológico ha provocado prácticamente el indetenible incremento de la demanda por parte de los consumidores tanto en el área residencial, como comercial e industrial debido al uso de nuevas tecnologías para acceder a nuevos servicios y comodidades. Añadido a esto una preocupante cultura de despilfarro de la energía eléctrica, ha traído como consecuencia un considerable incremento en el consumo de dicha energía, lo que ha conllevado a presentar este escrito para estudiar una forma de cómo disminuir este consumo en una de las tantas aristas de este problema.

 Las edificaciones constituyen el escenario fundamental de las actividades humanas, a la vez que son grandes consumidoras de energía. Según estadísticas internacionales, alrededor del 42% de la energía total consumida se destina a ellas, y el resto está repartido entre la industria y el alumbrado público 58%. Este hecho hace relevante la necesidad de establecer criterios para diseñar y evaluar el uso racional de la energía en los diferentes sectores.

Figura N° 1. Consumo de energía por sectores.

Fuente: Informativo CTE - Setiembre 2000

Para el caso de Tal como lo muestro la figura 1, corresponde a estadísticas a nivel mundial. Para el caso latinoamericano  el sector residencial y el comercial es el de mayor consumo de energía eléctrica per cápita no escapa a esto Venezuela que representa el 60% del consumo de energía eléctrica. Por lo cual se hace necesario orientar las recomendaciones de diseño hacia estos sectores.

Dado que una directriz con respecto al uso y aprovechamiento de la energía, es  el referente a la implementación de dos métodos combinados: El uso  eficiente y consciente de la energía eléctrica:

·         El consciente: Disminuir el consumo por medio de estudios técnicos para mejorar la eficiencia de la instalación.

·         Proponer estrategias para implementar el uso fuentes alternativas de energía a nivel local para poder satisfacer las necesidades energéticas de la instalación.

En este caso trabajaremos con la evaluación de los equipos existentes para utilizarlos de la forma más eficiente posible, específicamente los motores eléctricos en el sector industrial.

Selección de Motores Eléctricos.

Se estima que los motores eléctricos o maquinas eléctricas rotativas son las cargas de mayor consumo energético en las instalaciones eléctricas en el mundo es por ello que su correcta selección es de suma importancia a la hora del diseño de la instalación, especialmente para las industriales donde aproximadamente el consumo se puede ubicar entre el 60 y 70 % de energía eléctrica de la industria según (CE, 2009; Boglietti, et al., 2003; Brunner, 2009; Walde & Brunner, 2011). Ademas del ahorro energético que se pueda realizar con una buena selección del motor.

A continuación se observa como es el consumo energético debido a la utilización.

Figura N° 2. Consumo energético de los motores eléctricos en el sector industrial.

Fuente: DOE, 1998.

Sin embargo este consumo se puede distribuir entre los diversos motores que conforman los equipos eléctricos de las empresas como ventiladores, bombas, compresores, bandas transportadoras, entre otros.  (Ver figura 3)

Figura N° 3. Distribución consumo energético en los diferentes accionamientos aplicación

Fuente: Brunner 2012

En el gráfico anterior se puede observar cómo se distribuye el porcentaje del consumo energético de los diferentes equipos eléctricos en una industria.

Es evidente el gran impacto de los motores eléctricos en el consumo de energía eléctrica, es por ello que se debe resaltar la importancia de identificar los factores que influyen en el funcionamiento de un motor eléctrico, además de  evaluar oportunidades de ahorro de energía en ellos. Sin embargo, es necesario determinar con precisión el estado energético actual de los mismos (factor de carga, eficiencia, factor de potencia, antigüedad, etc.) y conocer sistemas alternativos como son motores de alta eficiencia y variadores de frecuencia entre otros.

    Dimensionamiento del motor eléctrico. (Sobre y Sub-dimensionado)

El sobre dimensionamiento de motores eléctricos es uno de los principales factores de desperdicio de energía eléctrica, ya que el motor trabaja en una región donde el rendimiento y el factor depotencia no son los óptimos.

Para una aplicación típica los motores están sobre-dimensionados debido a los tamaños en HP disponibles, pero también por la percepción y la escasez de información disponible y la dificultad para definir la potencia solicitada al motor es la causa del sobre-dimensionamiento.

“mayor = mejor”.

·    Esto significa muy alta corriente de arranque, sin posibilidad de variar la velocidad  por sí mismos.

·         Requieren de protecciones, cableado de mayor calibre.

·     Son motores ineficientes por su principio de operación: motor de jaula de ardilla.    

Figura N°4 Ejemplo de como se puede sobre-dimensionar un motor eléctrico.


El sobre-dimensionamiento de un motor origina:

·   Desperdicio de energía por efecto del aumento de las perdidas.

·   Aumento de la potencia solicitada.

·   Reducción del factor de potencia de la instalación.

·  Mayores pérdidas en las redes de distribución de energía y en los transformadores.

·   Mayor costo y tamaño del motor.

·   Mayor intensidad de arranque.

·  Mayor tamaño y costo de elementos de la instalación. (contactor, relé térmico, selección de conductores, …)

·    Menor rentabilidad debido al peor factor de potencia con carga parcial.

·    Menor rendimiento a carga parcial.

Sub-dimensionamiento del motor eléctrico.

Para el caso de sub-dimensionar los motores estos pueden:

·         Funcionar incorrectamente causando averías en la maquina.

·         Tener menor capacidad de sobrecargarse.

·         Calentamiento excesivo del motor disminuyendo su vida útil.

Los motores sobrecargados pueden sobrecalentarse y perder su eficiencia. Muchos motores se han diseñado con un factor de servicio que permite ocasionalmente sobrecarga. El factor de servicio es un multiplicador que indica cuánto puede sobrecargarse bajo condiciones ambientales ideales. 

Por ejemplo, un motor de 10 HP con un factor de servicio de 1.15 puede manejar una carga de 11.5 HP durante cortos periodos de tiempo sin sufrir un daño significativo. Aunque muchos motores tienen factores de servicio de 1.15, hacer funcionar al motor continuamente por encima de su capacidad nominal reduce la vida del motor y su eficiencia. 

Nunca debe operarse un motor sobrecargado cuando el voltaje está por debajo del nominal o cuando la refrigeración está funcionando incorrectamente por altitud, temperatura ambiental alta, o superficies del motor sucias.

Ahorros potenciales ¿Cómo se puede lograr?

·         Medidas de ahorro en el uso de motores eléctricos

·         Uso de motores de alta eficiencia.

·         Selección adecuada de los motores.

·         Operación racional de los motores  eléctricos.

·         Condiciones de operación de los motores eléctricos.

·         Compensación del factor de potencia de motores.

Eficiencia de un motor eléctrico

Figura N°5 Curva de rendimiento vs. carga del motor


    El rendimiento de un motor y el factor de potencia disminuyen cuando el motor trabaja cargado por debajo del 50% de su potencia nominal.

Factores que influyen en la selección de un motor eléctrico

A la hora de seleccionar un motor eléctrico es siempre importante conocer cuál es la necesidad de adquirir dicho motor, para ello uno debe realizarse diversas preguntas como estas: ¿es una instalación nueva o existente?, ¿cuáles son las condiciones de la red eléctrica?, ¿cuál es la carga que el motor va a accionar?, ¿cuáles son las condiciones medioambientales?, ¿cuál va a ser el tiempo de recuperación de la inversión?, ¿qué tipo de normas debe cumplir el motor?, ¿cómo va a ser hecho el arranque del motor? Por supuesto y no menos importante, ¿Cuáles son las características de potencia y velocidad requeridas del motor a considerar?  Estas interrogantes son de mucha ayuda a la hora de obtener el motor eléctrico más adecuado para la aplicación deseada.

Para profundizar: https://tecnologiaelectricaiut.blogspot.com/2021/05/factores-considerar-para-la-seleccion-y.html

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Referencias:

Almeida, A., Boteler, R., Brunner, C., Doppelbauer, M., & Hoyt, W. (2009). MEPS Guide 1st Edition. Zurich.

Bertoldi, P., & Atanasiu, B. (2009). Proceedings of the 6th International Conference EEMOODS 2009: Energy Efficiency in Motor Driven Systems. Nantes, France: European Communities, 2010.  

Boglietti, A., Cavagnino, A., Lazzari, M., & Pastorelli, M. (2003). International Standards for the Induction Motor Efficiency Evaluation: a Critical Analysis of the Stray-Load Loss Determination. Industry Applications Conference, 38th IAS Annual Meeting, 2, págs. vol.2, pp. 841- 848. Politecnico di Torino, Italy

Boglietti, A., Cavagnino, A., Lazzari, M., & Pastorelli, M. (2004). International standards for the induction motor efficiency evaluation: a critical analysis of the stray-load loss determination. IEEE Transactions on Industry Applications, vol.40, No.5, Sept.-Oct. 2004, 40(5), 1294-1301. 

Brunner, C. U. (2007). SEEEM Update International harmonization of motor standards saves energy. En SEEEM (Ed.), APEC Workshop 3 December 2007, Beijing (revised July 2008). Beijing, China.

Brunner, C. U., Waide, P., & Jakob, M. (2011). Harmonized Standards for Motors and Systems. Global progress report and outlook. 7th International Conference on Energy Efficiency in Motor Driven Systems 2011-EEMODS'11. Alexandria, VA: 4E Electric Motor Systems Annex EMSA, Operating Agent.  

Brunner, C. U. (2009). Global Motor Systems Network: The International Energy Agency 4E EMSA Project. En P. B. ATANASIU (Ed.), Proceedings of the 6° International Conference eemods '09: Energy Efficiency in Motor Driven Systems (págs. 3-13). Nantes, FRANCE: European Commission.

CE. (22 de julio de 2009). Reglamento (CE) 640/2009. Requisito de diseño ecológico de motores eléctricos. Por el que se aplica la Directiva 2005/32/CE del Parlamento Europeo y del Consejo en lo relativo a los requisitos de diseño ecológico para los motores eléctricos. CE, Comunidad Europea, 23.7.2009: Diario Oficial de la Unión Europea.

Guardiola de Cabo, L. (s.f.). Análisis de la norma IEC 60034-2-1. Aplicación en la determinación de las pérdidas y el rendimiento de motores de inducción trifásicos.  

Ellis, M. (2007). Experience with energy efficiency regulations for electrical equipment. Paris, France: International Energy Agency, OECD/IEA.     

Maruszczyk, J., Lhenry, M., Helinko, M., & Korendo, Z. (03 de 2009). En armonía. Definición de normas mundiales de eficiencia energética. (A. A. Ltd., Ed.) Revista ABB, 50-55. 

Mahla A., I. (2009). Proyecto piloto de reemplazo de motores eléctricos en la minería de cobre - Chile. Santiago de Chile: Hernán Sierralta Wortsman - International Copper Association, Ltd.

Walde, P., & Brunner, C. (2011). Energy efficiency policy opportunities for electric motor-driven systems. France: InternatIonal energy agency-OECD/IEA.   

Cálculos del Sistema eléctrico (Caso: Laboratorio de Alta Tensión)

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