P-E-01 — Procédure d'étalonnage et de certification des consoles d'étalonnage de compteurs d'électricité selon le document EL-ENG-12-01

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7.0 Procédures d'évaluation des exigences métrologiques (EL-ENG-12-01, art. 7.0) (partie 1 de 4)

7.1 Procédures générales d'évaluation des exigences métrologiques

Cette section décrit les différentes connexions qui doivent être effectuées en fonction des conditions d'essai, du type de console et de l'utilisation particulière.

7.2 Installation générale d'essai

7.2.1 Objectif

La présente procédure vise à fournir des renseignements sur les installations et les méthodes qui sont utilisées dans la plupart des essais et procédures liés aux exigences métrologiques énoncées à l'article 7.0. La majorité des connexions et des installations d'essai qu'on met en place pour pouvoir appliquer les procédures liées aux exigences métrologiques ont des éléments communs.

7.2.2 Connexion de la prise d'essai

On utilisera une prise d'essai qui fournit les bornes de raccordement permettant de prendre à la prise du compteur toutes les mesures de courant et de tension nécessaires.

7.2.3 Transformateurs de courant (TC) d'isolement 1:1 en circuit

Quand on utilise des TC d'isolement 1:1 dans le circuit d'essai, il est important que les deux éléments de courant soient connectés à l'étalon à la position du CSE. L'élément du circuit de courant gauche doit être mesuré à une prise de l'étalon et l'élément du circuit de courant droit, à une autre prise du même étalon. L'élément de courant central n'est pas utilisé, puisqu'on n'utilise les TC 1:1 qu'avec des compteurs monophasés autonomes. Il est important de noter que, lorsqu'on utilise cette installation, le réglage de Kh ou le nombre escompté d'impulsions calculé conformément à la procédure de base pour les essais de précision décrite à l'article 7.3 doit être multiplié par deux, puisque l'étalon mesure deux fois le courant d'essai. On peut également effectuer l'essai en utilisant deux étalons, l'élément de courant gauche étant mesuré par un étalon et l'élément de courant droit, par l'autre étalon. La même tension d'essai est appliquée aux deux étalons. La sortie d'un étalon est connectée à une des entrées du comparateur, et la sortie de l'autre étalon est connectée à une des autres entrées du comparateur. Dans ce cas, le nombre escompté d'impulsions ou le réglage de Kh sur le comparateur est le même que celui qui est calculé, et le comparateur est réglé pour fournir la moyenne des deux entrées.

7.2.4 TC d'isolement 1:1 hors circuit

Si on utilise une console pour effectuer des essais en configuration série-parallèle réelle et que le circuit d'essai ne contient pas de TC d'isolement 1:1, il ne faut connecter qu'un élément de courant à l'étalon. Comme tous les essais sont effectués avec les éléments de courant en série, n'importe quel élément de courant doit être connecté à une prise de l'étalon dans la position du CSE. Les deux autres éléments de courant doivent être court-circuités à la prise d'essai. Comme on n'utilise pas de TC d'isolement 1:1, la longueur des conducteurs utilisés pour les connexions de courant n'est pas limitée, mais on évitera toutefois que ces conducteurs soient plus longs que nécessaire.

7.2.5 Connexion des fardeaux

Pour tous les essais, le fardeau des éléments de courant de l'étalon et des connexions associées est censé être à peu près égal au fardeau d'une bobine de courant de compteur. Par conséquent, il ne faut ajouter aucun fardeau supplémentaire aux éléments de courant de l'étalon dans la position du CSE.

7.2.5.1 Connexions et fardeaux de tension monophasés

Dans les essais monophasés qui nécessitent de connecter un fardeau de tension en parallèle avec la tension d'essai, le fardeau du compteur (pouvant être représenté par une bobine de tension pour les compteurs électromécaniques) doit être connecté en parallèle entre les bornes de la prise d'essai, qui fournissent également la tension d'essai à l'étalon dans la position du CSE. Cela signifie généralement que la tension pour les points d'essai monophasés est fournie entre les bornes de courant supérieur gauche et droite, à la prise d'essai. Dans ce cas, les conducteurs connectant le fardeau aux bornes doivent être aussi courts que possible.

7.2.5.2 Tension et connexions de fardeau polyphasées

Pour tous les essais polyphasés qui nécessitent un fardeau connecté en parallèle avec la tension d'essai, le fardeau du compteur doit être connecté en parallèle entre les bornes de la prise d'essai. Cette dernière fournit également la tension d'essai à l'étalon dans la position du CSE (pouvant être représentée par deux ou trois bobines de tension pour les compteurs électromécaniques). Cela signifie généralement que la tension pour les points d'essai polyphasés est fournie à travers un ensemble de bornes de tension dans la prise. La longueur des conducteurs menant au fardeau d'essai n'est pas restreinte, mais elle ne doit pas être plus longue que nécessaire.

7.2.6 Connexions de tension

Toutes les connexions de tension pour les points d'essai d'étalonnage doivent être exactement les mêmes que pour un compteur installé et vérifié sur la console à ce point d'essai. Habituellement, quand on effectue un essai à un point polyphasé, le transformateur de tension en parallèle, s'il y en a un, sert à fournir la tension aux positions de CSE. Les connexions sont établies de manière à fournir la tension aux bornes de tension appropriées de la prise d'essai. De façon générale, quand on étalonne un point d'essai d'un compteur monophasé autonome, les transformateurs de tension multiples, s'il y en a, servent à fournir la tension aux positions de CSE. Les connexions sont établies de manière à fournir la tension aux bornes appropriées de la prise d'essai (ou aux cosses de courant, si on utilise des transformateurs d'isolement 1:1). Les connexions de tension de l'étalon dans la position du CSE doivent être faites à partir des bornes de tension appropriées sur la prise d'essai.

7.2.7 Tiges court-circuit

Dans tous les cas où on utilise des tiges court-circuit dans les positions de CSE, il faut les connecter de manière à ce que le courant d'essai soit appliqué à toutes les bornes des positions de CSE.

7.2.8 Consoles qui fonctionnent en configuration série-parallèle simulée

Les tensions, les courants et les déphasages de chaque phase risquent de ne pas être exactement de même valeur lorsque les consoles sont utilisées pour des essais en configuration série-parallèle simulée. Par conséquent, si on effectue des essais en série en n'utilisant qu'un élément pour la tension et le courant (comme on le décrit à l'article 7.2.4), l'erreur affichée peut être erronée. Pour effectuer des vérifications avec les points d'essai monophasés sur ce type de console, il faut mettre en place l'installation d'essai décrite à l'article 7.2.3. Pour effectuer des vérifications avec les points d'essai polyphasés sur ce type de console, on a besoin d'un nombre d'étalons égal au nombre d'éléments vérifiés en série. Dans certains cas, la valeur de tension peut être commune ; on peut alors utiliser un étalon auquel les éléments de courant sont branchés séparément à chaque borne de l'étalon. Quand on effectue une vérification avec un point d'essai associé à un compteur à trois éléments, il faut utiliser trois étalons. Chaque élément de courant et son élément de tension associé sont connectés en configuration série-parallèle avec un étalon. Les sorties des trois étalons dans la position du CSE doivent être connectées aux trois entrées du comparateur. Selon la méthode de calcul utilisée dans la procédure de base pour les essais de précision décrite à l'article 7.3, on réglera le comparateur pour qu'il fasse la moyenne ou la somme des trois entrées.

7.3 Procédure de base pour les essais de precision

Lorsqu'on effectue les essais de précision décrits à l'article 7.0 du document EL-ENG-12-01, il faut appliquer les procédures expliquées dans le présent article, qui contient deux procédures principales : l'une s'applique aux consoles d'étalonnage utilisées pour vérifier les compteurs d'énergie et l'autre, aux consoles utilisées pour vérifier les compteurs de puissance appelée.

Nota : Voici un exemple de procédure à suivre au moyen de l'équipement indiqué ci-dessous. Il doit être utilisé à titre indicatif pour l'étalonnage d'une console.

7.3.1 Procédure de base pour les essais de précision des compteurs d'énergie

7.3.1.1 Lignes directrices

1. La procédure de base utilisée pour mesurer les erreurs d'une console d'étalonnage consiste à connecter l'étalon d'énergie à tout transformateur de mesure appropriée dans une position du CSE de la console d'étalonnage, en se servant de l'adaptateur de prise adéquat, et à étalonner l'étalon (et le transformateur) comme s'il s'agissait d'un compteur à vérifier.
2. Mesures Canada a mis au point un générateur d'impulsions lumineuses (sonde infrarouge) qui permet de déclencher le capteur optique de la console d'étalonnage en « mode direct ». Radian Research a mis au point un modulateur de lumière qui peut remplir la même fonction, fonctionner en mode de réflexion et être utilisé avec des sources de lumière modulée. Chacun de ces dispositifs est commandé par un comparateur Radian qu'on peut configurer pour qu'il déclenche la sonde ou le modulateur après réception d'un nombre prédéterminé d'impulsions provenant d'un étalon Radian.
3. La console d'étalonnage perçoit ce système comme s'il s'agissait d'un CSE, puisque le principe du déclenchement du capteur optique ressemble à la vérification d'un compteur à l'aide des dispositions d'essai approuvées. L'installation du circuit de commande de la console d'étalonnage est identique à celle qui est utilisée pour une vérification normale.
4. En résumé, cette procédure permet d'évaluer la précision des composants électriques et du compteur de référence de la console d'étalonnage ainsi que du circuit de commande de la console et des calculs correspondants effectués par la console.
5. Cette procédure ne s'applique que lorsqu'on utilise un comparateur étalon Radian RM-109 et la sonde infrarouge mise au point par MC. D'autres dispositifs peuvent être utilisés pour évaluer la console d'étalonnage, lorsque le spécialiste en électricité les considère comme acceptables.

7.3.1.2 Appareillage

1. Wattheuremètres étalons Radian.
2. Comparateur Radian, modèle RM-109 ou supérieur.
3. Sonde infrarouge OP-01 ou modulateur de lumière Radian RM-1P.
4. Câbles coaxiaux.
5. Tripode, pince à trois griffes et porte-pince fournissant un support autonome à la sonde infrarouge ou au modulateur de lumière.
6. Fardeaux d'essai déterminés selon l'article 7.2.3 du document EL-ENG-12-01.

7.3.1.3 Procédure

1. S'assurer que la console est hors tension. Installer un adaptateur de prise dans la position du CSE de la console d'étalonnage et installer les fardeaux déterminés conformément à l'article 7.2.3 du document EL-ENG-12-01.
2. Connecter les câbles de tension et de courant de l'adaptateur de prise aux circuits de tension et de courant de l'étalon Radian.

   Notes : Dans le cas d'une console d'étalonnage monophasée, un seul étalon Radian suffit. Pour améliorer la stabilité et la répétabilitée, on peut connecter trois étalons Radian en configuration série‑parallèle. Dans ce cas, les sorties des étalons doivent être connectées aux entrées étalon A, B et C du comparateur, et sa sortie doit être réglée en mode moy. Si on utilise un étalon Radian, comme c'est normalement le cas, il faut utiliser le comparateur en mode somme. Dans le cas d'une console d'étalonnage en configuration triphasée réelle, il faut utiliser un étalon Radian par phase, et le connecter aux entrées étalon A, B et C du comparateur. On utilisera dans ce cas le mode somme.

3. Connecter l'alimentation auxiliaire de l'étalon Radian à une source d'alimentation appropriée.
4. Connecter l'entrée de l'étalon Radian à la borne RM du comparateur au moyen d'un câble coaxial court.
5. Connecter la sortie de l'étalon Radian à l'entrée étalon du comparateur.
6. Connecter la sonde infrarouge ou le modulateur de lumière Radian à la sortie DEL du comparateur.
7. Vérifier si toutes les connexions sont correctement effectuées.
8. Mettre sous tension la console d'étalonnage, ses instruments accessoires, l'étalon Radian et le comparateur.
9. Mettre sous tension l'entrée étalon appropriée du comparateur en appuyant sur l'interrupteur marche/arrêt correspondant. S'assurer que le voyant marche correspondant est allumé.
10. Placer l'interrupteur à bascule moy/somme du comparateur dans la position expliquée dans les notes de l'étape (2) ci-dessus, et s'assurer que le voyant somme est allumé. Placer le commutateur grille/impulsion à la position impulsion et s'assurer que le voyant impulsion est allumé.
11. Régler les commutateurs à molette du comparateur et le nombre de révolutions du circuit de commande de la console d'étalonnage aux valeurs déterminées par la relation suivante :

    $\mathrm{TWSc}\times R=\mathrm{10 000}\times \left(\frac{\mathrm{Vs}}{\mathrm{Vr}}\right)\times \left(\frac{\mathrm{Is}}{\mathrm{Ir}}\right)\times \mathrm{kr}$

    où :

    • TWSc = réglage du commutateur à molette du comparateur
    • R = réglage du nombre de révolutions du circuit de commande de la console d'étalonnage
    • Vs = tension appliquée à l'étalon Radian
    • Is = courant appliqué à l'étalon Radian
    • Vr = tension appliquée au compteur d'énergie de référence de la console d'étalonnage
    • Ir = courant appliqué au compteur d'énergie de référence de la console d'étalonnage
    • kr = constante d'impulsion du compteur d'énergie de référence de la console d'étalonnage en wattheures par impulsion

    Cette formule permet de choisir R et TWSc de manière que TWSc soit inférieur à la limite maximale de 999,99999 Wh. Le facteur 10 000 est introduit dans la formule pour assurer que le compteur de référence de la console d'étalonnage émettra 10 000 impulsions. Si le circuit de commande de la console comporte un réglage des impulsions escomptées du compteur d'énergie de référence, il faut lui donner la valeur 10 000.

    Exemples

    Le compteur de référence d'une console d'étalonnage à la charge d'essai de 120 V et 5 A a une constante d'impulsions kr = 0,0015 Wh par impulsion. L'étalon Radian à la position du CSE reçoit une charge d'essai de 120 V et 5 A.

    $\mathrm{TWSc}\times R=\mathrm{10 000}\times \left(\frac{120}{120}\right)\times \left(\frac{5}{5}\right)\times \mathrm{0,0015}$

    $\mathrm{TWSc}\times R=15$

    Régler R à 1 et TWS à 15,000

    Pour le même compteur de référence de la console d'étalonnage, mais avec un étalon Radian recevant une charge d'essai de 240 V et 10 A, la relation devient :

    $\mathrm{TWSc}\times R=\mathrm{10 000}\times \left(\frac{240}{120}\right)\times \left(\frac{10}{5}\right)\times \mathrm{0,0015}$

    $\mathrm{TWSc}\times R=60$

    Régler R à 1 et TWS à 60,000

12. Régler la console d'étalonnage à n'importe quelle charge. Le voyant entrée du comparateur s'allume, signe que le comparateur reçoit des impulsions valides. Si le voyant ne s'allume pas, vérifier les connexions de l'étalon Radian.
13. Appuyer sur le bouton remise à zÉro du RM-10 du comparateur pour arrêter et remettre à zéro l'afficheur à cristaux liquides (ACL) de l'étalon Radian. Appuyer sur le bouton réinitialiser du comparateur pour remettre ce dernier en marche à une nouvelle valeur de TWS.
14. Appuyer sur le bouton démarrer du comparateur. Le voyant essai s'allume, signe que le comparateur reçoit des impulsions de l'étalon Radian. L'affichage ACL de l'étalon Radian devrait enregistrer les wattheures. Chaque fois que le comparateur a reçu le nombre d'impulsions correspondant à la valeur de réglage des commutateurs à molette, une impulsion de sortie est envoyée aux sorties DEL et RM du comparateur. Les impulsions de sortie DEL commandent à la sonde infrarouge ou au modulateur de lumière de simuler le passage d'un trou ou d'une tache sombre sur le disque d'un compteur à induction. La source de lumière excite le capteur optique de la console d'étalonnage et augmente (ou diminue) d'une unité le nombre de révolutions du disque dans le circuit de commande de la console d'étalonnage. Voir les articles 7.3.1.4 et 7.3.1.5 de la présente procédure pour savoir comment aligner la source de lumière. Les impulsions de sortie RM fournissent une série de signaux de commande à l'étalon Radian : arrêter, réinitialiser et démarrer. La première impulsion reçue de RM fixe l'affichage de l'étalon Radian, l'impulsion suivante remet l'affichage à zéro et la troisième relance l'affichage. Cette séquence se répète continuellement pendant l'essai. Par ce mode de fonctionnement, l'étalon Radian émet continuellement des impulsions, bien que l'affichage ne fonctionne que toutes les trois impulsions.
15. On peut également modifier la procédure ci-dessus et l'appliquer :
    1. aux consoles d'étalonnage qui relèvent et affichent automatiquement les erreurs des CSE;
    2. aux consoles dont le compteur de référence émet un train d'impulsions (la longueur de l'essai est fixée par les paramètres d'essai plutôt que par un utilisateur qui règle le nombre d'impulsions escomptées du compteur de référence).

    Dans ces consoles, les paramètres d'essai sont déterminés dans l'ordinateur pour un type de compteur donné. Installer la console comme si l'on vérifiait un compteur à trois éléments (si la console est utilisée pour vérifier des compteurs polyphasés et monophasés) ou un compteur monophasé à trois fils (si la console est utilisée pour ne vérifier que des compteurs monophasés). La tension, le courant et la valeur de Kh sont prédéterminés dans l'installation choisie. S'assurer que les valeurs déterminées correspondent au point d'essai vérifié. Choisir le réglage des molettes (TWS) du comparateur comme suit :

    $\mathrm{TWS}=\mathrm{Khc}\times \left(\frac{\mathrm{Els}}{\mathrm{Elc}}\right)\times \left(\frac{\mathrm{Vs}}{\mathrm{Vc}}\right)\times \left(\frac{\mathrm{Is}}{\mathrm{Ic}}\right)$

    où :

    • Khc = la valeur de Kh dictée par l'installation de la console
    • EIs = le nombre d'éléments de la prise d'essai auxquels l'étalon Radian est connecté (habituellement un)
    • EIc = le nombre d'éléments que la console doit vérifier (trois pour un compteur polyphasé si l'essai a lieu en série et un pour un compteur monophasé ou lorsque l'essai d'un compteur polyphasé ne s'effectue qu'avec un élément)
    • Vs = la tension appliquée à l'étalon Radian
    • Vc = la tension fixée par la console
    • Is = le courant appliqué à l'étalon Radian
    • Ic = le courant fixé par la console

    S'assurer de respecter les limites de temps minimales indiquées à l'article 7.1.3 du document EL‑ENG-12-01.

7.3.1.4 Procédure d'alignement de la sonde infrarouge OP-01

1. Monter la sonde infrarouge sur un tripode équipé d'une pince à trois griffes, de manière à ce que l'extrémité contenant la DEL soit dirigée vers le haut ou à l'horizontale. Cette position facilite l'alignement de la sonde avec la cellule photoélectrique du capteur optique installé sur la console d'étalonnage.
2. Basculer la cellule photoélectrique de la console d'étalonnage devant la sonde infrarouge et aligner la cellule sur la sonde.
3. Les deux lentilles devraient être espacées de ½ à 1 cm, à moins que la cellule ne soit une Infrascan L31, auquel cas la distance devrait être de 1 à 2 cm.
4. Si la cellule a une forme particulière, utiliser une deuxième pince à trois griffes pour la maintenir alignée avec la sonde.
5. Si la sonde infrarouge ou le modulateur de lumière ne fonctionne pas, réduire la sensibilité du capteur optique si cette dernière est réglable. Autrement, éloigner la sonde du capteur de quelques centimètres.
6. Mettre le circuit de commande de la console d'étalonnage en mode direct ou trous. Aligner la sonde avec la cellule photoélectrique du capteur optique en utilisant l'indicateur de sensibilité du circuit de commande ou un instrument équivalent. Le compteur de sensibilité doit donner une indication élevée quand la sonde et la cellule sont alignées.

7.3.1.5 Procédure d'alignement du modulateur de lumière Radian RM-1P

Suivre le processus décrit en 7.3.1.4 ci-dessus, en tenant compte des remarques suivantes :

1. Pour le mode direct, choisir direct ou trous sur le circuit de commande de la console d'étalonnage et aligner la grande source DEL transparente sur la cellule du capteur optique de la console.
2. Pour le mode réflexion, choisir réflexion ou bord sur le circuit de commande de la console et aligner la fenêtre ronde, sombre et plane (se trouvant de l'autre côté du modulateur par rapport à la grande DEL transparente) sur la source de lumière et l'installation de la cellule photoélectrique de la console d'étalonnage. Les deux petites DEL sombres se trouvant sur les côtés de la fenêtre produisent des impulsions de lumière.
3. Pour une console d'étalonnage avec source de lumière modulée, les quatre petites DEL sombres produisent des impulsions de lumière. Les deux DEL situées à côté de la grande DEL transparente servent de sources de lumière en mode direct, les deux autres, de sources de lumière en mode réflexion.

7.3.1.6 Procédure d'alignement de la sonde infrarouge OP-01 et du modulateur de lumière Radian RM-1P

1. Régler la console d'étalonnage à la charge d'essai désirée et régler les valeurs de TWS et de R (étape 11) de l'article 7.3.1.3, si nécessaire.
2. Appuyer sur le bouton réinitialiser de l'étalon Radian et sur les boutons réinitaliser et démarrer du comparateur.
3. Appuyer sur le bouton démarrer du circuit de commande de la console d'étalonnage pour commencer l'essai. Le circuit de commande commence à compter les impulsions provenant du compteur de référence de la console d'étalonnage quand la première impulsion de la sonde infrarouge ou du modulateur de lumière atteint la cellule photoélectrique.
4. Chaque impulsion subséquente de la sonde ou du modulateur augmente (ou diminue) d'une unité le nombre prédéterminé de révolutions du circuit de commande de la console d'étalonnage.
5. Quand le nombre prédéterminé d'impulsions est atteint, le circuit de commande cesse d'accepter les impulsions émises par le compteur de référence de la console d'étalonnage et affiche le nombre d'impulsions reçues ou calcule l'erreur.

7.3.1.7 Calcul de l'erreur de la console d'étalonnage (EL-ENG-12-01, art. 7.1.2)

7.3.1.7.1 Lignes directrices visant l'article 7.1.2.2 du document EL-ENG-12-01

1. L'erreur d'une console d'étalonnage (Econs), à n'importe quel point d'essai, est la différence entre les résultats obtenus pour l'étalon (et le transformateur) lorsque l'erreur apparente de l'étalon est mesurée par la console d'étalonnage (Esm), et l'erreur connue globale (certifiée) pour les étalons utilisés (Ec), ou :

   $\mathrm{Econs}=\mathrm{Esm}-\mathrm{Ec}$

   où :

   • Econs = erreur de la console d'étalonnage, en pourcentage
   • Esm = erreur mesurée de l'étalon (et du transformateur), en pourcentage, relevée directement sur la console d'étalonnage ou calculée par l'utilisateur selon le principe de fonctionnement de la console
   • Ec = erreur certifiée de l'étalon

   Si l'on utilise des transformateurs de mesure, la formule suivante permet de déterminer l'erreur combinée :

   $\mathrm{Ec}\left[\%\right]=\left[\frac{((E_S ÷ 100\%) + 1) • \cos \theta }{(\mathrm{RCFe} • \mathrm{RCFi} • \cos \left(\theta + \beta + \tau )\right) - 1}\right] • (100\%)$

   où :

   • Es = erreur certifiée de l'étalon, en pourcentage, à une charge d'essai donnée tirée du certificat d'étalonnage de l'étalon
   • RCFe = facteur de correction certifié du rapport du transformateur de tension au rapport et au fardeau utilisés
   • RCFi = facteur de correction certifié du rapport du transformateur de courant au rapport et au fardeau utilisés
   • β = erreur certifiée de déphasage du transformateur de courant au rapport et au fardeau utilisés, en degrés
   • τ = erreur certifiée de déphasage du transformateur de tension au rapport et au fardeau utilisés, en degrés
   • Φ = angle de déphasage de la tension et du courant, en degrees

   Exemple

   La charge d'essai appliquée à l'étalon Radian est de 120 V et 5 A avec un facteur de puissance de 0,5 et Ec = 0,01 %. Supposons que l'erreur apparente mesurée par la console d'étalonnage est Esm = −0,07 %.

   L'erreur de la console d'étalonnage sera déterminée par :

   $\mathrm{Econs}=\mathrm{Esm}-\mathrm{Ec}$

   $\mathrm{Econs}=(-\mathrm{0,07}\%)-\mathrm{0,01}\%$

   $\mathrm{Econs}=-\mathrm{0,08}\%$

2. Effectuer les essais et les calculs aux différentes charges d'essai et aux diverses positions de CSE conformément aux exigences du document EL-ENG-12-01.

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