ACEITES VEGETALES
Transformadores de Potencia
Nuevas tecnologias
Mas verde es mejor
Introducción
Responsabilidad Global
Sostenibilidad es la responsabilidad que todos
tenemos en el equilibrio de las necesidades
económicas de la sociedad con un impacto social y ambiental.
WWF (World Wildlife Fund) la define como la mejora de la calidad de la vida humana, viviendo dentro de la capacidad de carga de los
ecosistemas.
Las emisiones globales de CO2 son de hasta 30 Giga toneladas por año
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¿Cómo podemos contribuir a un futuro más verde ?
Eficiencia Energética
Reducción de emisiones de CO
2 Seguridad
Atóxico
Menor riesgo para personal operativo
No inflamable ni explosivo
Reducción de la velocidad de
envejecimiento
Activos con mayor vida útil
Menor generación de desechos
Menor utilización de recursos naturales
Tecnología Verde
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Limitaciones de los fluidos aislantes convencionales
Los fluidos aislantes de base mineral han sido usados en transformadores desde
finales de los 1800’s (2 billones de litros/año)
El incremento en la demanda de energía a menudo lleva al limite las envejecidas redes (hasta 2% tasa de fallos en transformadores grandes en los EE.UU.)
En esa situación, Los fluidos aislantes de base mineral han mostrado costosas
limitaciones.
Combustibilidad
-
El aumento de los problemas de seguridad con explosiones de transformadores e incendios causan graves daños colaterales que requieren una importante infraestructura de seguridad contra incendios hostilidad del medio ambiente - Principales problemas ambientales con
derrame de aceite del transformador que debe ser tratado como residuos tóxicos, a veces requieren de método de contención complicado y costoso
En 1890, cinco años después de la invención de los transformadores, Brown Boveri & Cie fue el primero en utilizar el aceite de base mineral como medio aislante y refrigerante de transformadores.
Fluidos dieléctricos con base en ésteres naturales
Tendencias del mercado actual
A partir de la década de 1980, los ésteres líquidos llegaron como una nueva alternativa que combina excelentes propiedades de protección contra incendios con alta biodegradabilidad
Los ésteres son una amplia clase de compuestos orgánicos, sintetizados químicamente a partir de precursores orgánicos (ésteres sintéticos) o disponibles a partir de productos agrícolas (ésteres naturales)
Los ésteres naturales han madurado hasta convertirse en un adecuado y asequible fluido dieléctrico aislante.
Los ésteres naturales son ahora reconocidos por la industria como fluidos dieléctricos
aislantes "menos inflamables" y respetuosos con el medio ambiente.
Reconocidos por FM Global y UL
ABB puso en operacion sus primeras unidades usando aceite vegetal en 1999
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BIOTEMP
®
– ABB sensible solution
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Resumen de las propiedades de los fluidos
aislantes.
BIOTEMP® – Solución inteligente
BIOTEMP® es un ester natural hecho a
partir de semillas de girasol combinando…
1. Alta biodegradabilidad
2. Alta resistencia al fuego
3. Gran habilidad para retener la humedad
4. Alta estabilidad a la oxidación para ser un aceite de base vegetal.
5. Buen desempeño dieléctrico
Con BIOTEMP ®, ABB tiene como objetivo ofrecer una solución
completa y confiable para los transformadores de distribución y
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Buen desempeño dieléctrico
BIOTEMP® has comparable dielectric breakdown strength
BIOTEMP ® mayor constante dieléctrica proporciona una mejor adaptación a la constante dieléctrica de celulosa impregnados
Las tensiones eléctricas se reducen en los ductos de aceite
(menor rigidez dieléctrica) y se aumenta en la celulosa impregnada (mayor rigidez dieléctrica)
Fluid Dielectric Breakdown (ASTM D 877) kV
Dielectric Breakdown (ASTM D 1816) kV
BIOTEMP® 52 36
Mineral Oil 50 35
Fluid Fluid Only Impregnated Kraft Paper Impregnated HD Pressboard
BIOTEMP® 3.2 4.1 4.7
Otras consideraciones
Compatibilidad de los materiales
La mayoría de los materiales utilizados en los transformadores son compatibles con BIOTEMP ®
Los componentes mas críticos son los empaques y sellos
BIOTEMP® es compatible con Buna-N y nitrilo hasta 100 ° C, y con
juntas de Viton ®, o base de fluorocarbono, a altas temperaturas.
Diseño de Radiatores
Normalmente, no se requieren cambios especiales en el diseño de radiadores con el uso de BIOTEMP ®
En climas más fríos, puede ser necesario agregar más radiadores
para la refrigeración para contrarrestar los efectos de la mayor viscosidad de BIOTEMP®
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Otras consideraciones
Diseño de las bombas
Debido a la mayor viscosidad de BIOTEMP ®, el aumento de la capacidad de las bombas puede ser necesaria en los
transformadores con bombas
Aisladores pasatapas
Tendencia de absorber gas del BIOTEMP ® hace que sea muy adecuado para su uso en los bujes
Sin embargo, características de ruptura dieléctrica del
BIOTEMP ® a bajas temperaturas puede ser una limitación en algunos casos, para esas aplicaciones.
Otras consideraciones
Aplicaciones del cambiador de taps bajo carga
Los experimentos demuestran que el desgaste de los
contactos mecánicos y duración de los contactos son mejores con aceite BIOTEMP ® que con aceite mineral.
Mucho cuidado sin embargo se debe tomar para prevenir la exposición prolongada del BIOTEMP ® al oxígeno.
Aplicaciones con respiradores de silica gel solamente, se deben evitar.
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BIOTEMP
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– Solución inteligente
Oferta de producto y desarrollo
System kV
3 Phase
Top rating MVA
DTR SPT 10-63 MVA, < 36 kV SPT < 63 MVA, 36-171 kV 10 63 100 200 36 72.5 171 275 MPT < 200 MVA, 171-275 kV LPT > 275 kV LPT > 200 MVA, 72.5-275 kV MPT > 63 MVA, < 72.5 kV MPT 63-200 MVA, 72.5-171 kV Current product offering (incl. fluid)
Current product development Future product development SDT < 0.315 MVA, < 36 kV MDT/LMDT 0.315-10 MVA, < 36 kV
Transformadores de potencia inmersos en líquido
BIOTEMP
®
Calificado para altos voltajes
Aplicación de BIOTEMP ® en
transformadores de potencia pequeña y mediana (hasta 275 kV, 100 MVA) es el objetivo inicial
Incluye el rellenado y la modernización de los
transformadores de potencia pequeña y mediana (hasta 275 kV, 100 MVA)
Objetivo último es extender oferta a voltajes
más altos y más altas potencias.
Las nuevas normas y directrices de diseño dieléctrico y térmico se requieren
para construir transformadores llenos de líquido a base de ésteres.
ABB ha desarrollado nuevas normas y directrices de diseño que están
permanentemente bajo revisión y validación haciendo seguimiento a unidades piloto altamente instrumentadas.
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BIOTEMP
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– Solución inteligente
El fluido dielectrico aislante de clase superior
BIOTEMP® es un fluido dieléctrico aislante
superior que combina ...…
99% biodegradabilidad con residuos no peligrosos y no tóxicos
Alto punto de inflamación, 360°C vs.
180°C para el aceite mineral
Mucha mayor capacidad para retener la
humedad, 10 veces más que el aceite mineral
Mayor estabilidad a la oxidación de un líquido aislante a base de vegetales, superando a la competencia en todas las pruebas de estabilidad a la oxidación estándar disponibles en la actualidad
Con BIOTEMP ®, ABB tiene como objetivo ofrecer una solución completa y sostenible tanto para aplicaciones de distribución y potencia en conjunto con el e respeto al medio ambiente (alta biodegradabilidad), seguridad (resistencia al fuego), fiabilidad y eficiencia (alta capacidad de sobrecarga)
Miscibilidad de líquidos aislantes a temperatura
ambiente
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BIOTEMP
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– ABB sensible solution
Reasons to use Biotemp
transformers
Transformmadores inmersos en BIOTEMP
®
Para eliminar los efectos secundarios de los
hidrocarburos, los ésteres naturales (BioTemp ®)
se proponen para ser utilizados en
transformadores de potencia como material de
aislamiento.
Las principales ventajas del uso de los ésteres
naturales son:
Seguridad contra incendios
Ambientalmente biodegradable
Más lento ritmo de envejecimiento de la
celulosa o posibilidad de sobrecarga
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– ABB sensible solution
Clasificación al fuego de fluidos de transformadores
Clasificación de los fluidos
Clasificación de los líquidos aislantes basados en el Punto de
flameo y Poder calorífico de acuerdo con la norma IEC 61100.
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Clasificación al fuego de fluidos de transformadores
Desde un punto de seguridad contra incendios, las ventajas de la
utilización de los fluidos menos inflamable clase K son:
Menos costos de instalación y mantenimiento de equipo de
seguridad:
“para equipos electrotécnicos instalado en zonas de riesgo de
incendios (por ejemplo, edificios, hospitales, refinerías) son
necesarias medidas menos estrictas en el caso de los
líquidos menos inflamables " IEC 60695-1-40 7.1
No hay riesgo de incendio en caso de falla del equipo principal;
“Incluso si se inflama un derrame, la piscina resultante de
líquido rápidamente se auto_extingue” IEC 60695-1-40 7.1
Baja densidad del humo resultante del fuego - no tóxico
Fluidos de silicona y los ésteres naturales y sintéticos pueden
ofrecer un alto grado de seguridad contra incendios debido a su
baja susceptibilidad al fuego
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Transformadores inmersos en BIOTEMP®
ANTECEDENTES: los incendios de transformadores
Los incendios de transformadores se han vuelto más y más importantes Muchas plantas de potencia tienen proteccion contra fuego en la agenda El CIGRE grupo de trabajo A2 – 33 Transformer Fire Safety es muy activo El CIGRE grupo de trabajo A2 – 35 Experiencias en servicio con nuevos
líquidos aislantes – nuevo folleto (Brochure) preparado en Diciembre 2010 Muchas compañías de seguros comienzan a hacer preguntas.
Transformadores inmersos en BIOTEMP®
ANTECEDENTES: los incendios de transformadores
Pocas explosiones e incendios en los últimos 20 años …pero muchos en los ultimos 3 años!!!
Entre 10 a 20 incendios por año están teniendo gran impacto debido a los daños, los ingresos y pérdidas de capital (tanto usuarios como propietarios) + la atención del público.
La preocupación por los incendios y sus consecuencias van en aumento: sesiones y conferencias en todos los países,
En muchas plantas de energía de la protección contra incendios es una prioridad en el orden del día, las compañías de seguros comenzaron a hacer preguntas.
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Transformadores inmersos en BIOTEMP®
Propiedades y beneficios
BIOTEMP
®es un líquido dieléctrico aislante con base en ésteres
naturales obtenido de semillas de girasol que combina …
Beneficios en seguridad
con un punto de inflamación superior a
300º C y menos acumulación de presión de alta energía durante
fallas de arco
Catalogado como un fluido dieléctrico "menos inflamable" por FM Global y UL, y clasificado como un fluido de clase K2 según IEC 61100
Extintores de incendio activos y los muros cortafuego esencialmente se puede eliminar cuando un espacio mínimo es conservado (de acuerdo con FM Global)
También es adecuado para aplicaciones en interiores y al aire libre en las zonas que requieren mayor seguridad, sin los requisitos de
seguridad adicionales
Reducción del riesgo de explosión del transformador y de fuego generalizado, por lo que podría abaratar las primas de seguros
BIOTEMP Propiedades
Preservando la vida y la propiedad
Prueba de arco de alta energía
Transformador monofásico tipo poste
Arcos usando varillas con puntas cónicas como electrodos
Fuente genera una corriente de corto circuito de 8000 amps a través de los electrodos por to 3 ciclos
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Prueba de Arco Interno
Transformador lleno con aceite mineral
Transformador monofásico lleno con aceite mineral
En el punto de más alto nivel de energía, las presiones internas generadas por el arco rompen la cubierta seguido con fuego y con aceite caliente se expone a la atmósfera.
Transformador monofásico lleno con BIOTEMP®
Prueba de Arco Interno
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Formación de arco y gases
Ruptura del tanque
Fuego
Explosión
Transformmadores inmersos en BIOTEMP
®
Resistencia al fuego
Los ésteres naturales tienen una alta resistencia al fuego
debido a su elevado punto de chispa e inflamación. La alta
resistencia al fuego implica una gran reducción del riesgo
de incendios y explosiones de los transformadores, así
como del cambiador de tomas.
Ofrece más opciones de dónde y cómo la unidad del
transformador se puede colocar, es decir, en el interior y/o
en otras zonas más ajustadas, cuando el espacio para los
equipos de extinción de incendios puede ser insuficiente..
El éster natural (BIOTEMP ®) debido a su no toxicidad,
biodegradabilidad, y elevado punto de combustión se
considera como un fluido dieléctrico excelente.
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Transformmadores inmersos en BIOTEMP®
Alta resistencia al fuego
BioTemp ® tiene potencial de mitigación de riesgos en
los costos resultantes de explosión y fuego del
transformador
Los costos de equipos activos extinción de incendios y
las paredes de barrera se pueden reducir o incluso
evitar con BioTemp ®
BioTemp
®tiene el potencial de tener primas de seguro
más bajas
BIOTEMP
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A pesar de ser biodegradable la contención secundaria sigue siendo
necesaria, los derrames de BioTemp ® pueden ser eliminados a través de medios normales y no se tratan como residuos tóxicos.
BioTemp ® también ofrece un alivio potencial de sanciones gubernamentales y costosos procedimientos de limpieza de derrames
Reduce al mínimo la contaminación del aire durante la combustión
Transformadores inmersos en BIOTEMP®
Transformadores inmersos en BIOTEMP®
Biodegradabilidad
Classificación UBA
El Umwelt Bundes Amt (UBA) en Alemania evalua los
productos químicos y les da un indice de peligrosidad al
agua, o sea no peligrosos al agua en base a tres niveles
de peligro.
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Lower Cellulose Aging and
Transformadores inmersos en BIOTEMP®
Humedad de saturación
Los Esteres tienen límites mucho más altos de saturación en todas las
temperaturas que el aceite mineral
En condiciones normales, la saturación de agua de los aceites éster natural es de 5
a 8 veces la de aceite mineral
Los esteres tienen una mayor afinidad por el agua que el aceite mineral
En los sistemas éster/papel, el papel retiene menos agua que en sistemas aceite mineral / papel.
Los transformadores llenos con esteres permitirá la reducción del tiempo de
secado en las unidades en campo usando secado por aceite caliente.
El límite permisible de humedad en los aceites éster puede ser mucho mayor que
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Pruebas realizadas a papel impregnado con BioTemp
®han
mostrado una más baja tasa de envejecimiento en
comparación con el papel impregnado de aceite mineral
que lleva a un aumento de la vida útil del sistema de
aislamiento, por lo tanto en la vida útil del transformador.
Beneficios expectativa de vida
Estudios de envejecimiento – condición del papel despues de envejecido
Beneficios expectativa de vida
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Tensile Strength
DP Criteria
BIO/Crepe Paper: 498,072 hrs. (56.8 yrs.) 656,590 hrs. (74.9 yrs.)
BIO/Kraft Paper: 671,881 hrs. (76.6 yrs.) 906,342 hrs. (103.4 yrs.)
MO/ Kraft Paper: 336,738 hrs. (38.4 yrs.) 404,848 hrs. (46.2 yrs.)
Expectativa de vida a 100°C
Doble
Vida util!
Beneficios expectativa de vida
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BioTemp
®pasa o supera todos las
normas sobre pruebas de
estabilidad a la oxidación
BioTemp ® (muestra A) ha pasado
con éxito la prueba de 164 horas de oxidación según norma ASTM D 2440, mientras que una cierta competencia (muestra B) llegó a formar geles irreversibles después de menos de 72 horas.
BioTemp ® el tiempo de inducción a
la oxidación es 10 veces mayor que el tiempo de inducción a la
oxidación de cierta competencia de según norma ASTM D 2112
Mas alta estabilidad a la oxidación para un aceite vegetal.
La principal diferencia con la competencia
BioTemp ® fue desarrollado como el aceite más estable a base
de vegetales (alto oleico, es decir, más del 75% de ácidos grasos
mono-insaturados) con aceptables propiedades eléctricas.
Transformadores inmersos en BIOTEMP®
APLICACIONES
Donde la seguridad contra el fuego es esencial
Transformadores urbanos
Áreas subterráneas, subestaciones subterráneas
Zonas residenciales y fabricas
Hoteles, tiendas por departamentos, escuelas y hospitales
Aplicaciones en barcos
Donde la prevención de la contaminación del medio ambiente es especialmente demandada
Zonas de suministro de agua, estaciones de tratamiento de agua
Zonas residenciales
Areas costeras u orilla de los rios
Donde se requiere sobrecarga continua o sobrecarga excepcional muy alta
Subestación primaria
Subestación móvil
Zonas Industriales
Donde el peligro de incendio es crítico
Plantas químicas
Plantas de tratamiento de aceite
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– Solución inteligente
Tabla Comparativa
Property Mineral Oil BIOTEMP® Synthetic Ester HTH Silicone
Specific Gravity (g/ml) 0.91 0.91 0.97 0.87 0.96 Flash Point (oC) 160 330 275 285 300 Fire Point (oC) 180 360 322 308 330 Pour Point (oC) -40 -15 to -25 -60 -24 -55 Viscosity (cSt) @ 100oC 3 9 6 12 16 @ 40oC 12 42 29 110 38 @ 0oC 76 276 280 2,200 90 Breakdown Strength (kV) (ASTM D 877) 50 52 > 75* 40 43 Power Factor (%) @ 25oC ≤ 0.05 0.09 0.10 0.01 0.01 Relative Permittivity (-) 2.2 3.2 3.2 2.2 2.7 Volume Resistivity (Ω.cm) 1015 1.5 x 1013 > 5 x 1013* 1014 1014 Biodegradability (%) (CEC L-33-A-93) 30 99 80 20 5
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Testing Methods and Applicable
Standards
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High Temperature Class
Transformers
Ámbito de aplicación
Aumentar las aplicaciones de mercado (solicitud de ferrocarriles, parques eólicos, subestaciones móviles, etc) con la disminución del tamaño y peso. Aumentar la vida útil del transformador aumentando la clase de aislamiento.
Desarrollar transformadores de alta clase de temperatura (aplicación para la instalación en la ciudad) ya que algunos clientes (Endesa, Publicas de Rusia) piden soluciones técnicas para las zonas de alto riesgo de incendio.
Objetivo
Estudio de las propiedades térmicas, eléctricas y mecánicas de un líquido de alta viscosidad como Midel, silicona, BioTemp.
Encontrar los mejores diseños eléctricos y el mejor desempeño de enfriamiento para los transformadores de hasta 170 kV. Disminuir los riesgos de incendio y explosión en ambientes especiales.
Tecnología
El papel clase alta temperatura y resina epoxi en lugar del tradicional aislamiento de las bobinas. Midel o BioTemp en lugar de aceite mineral. Tiene mejores propiedades eléctricas y térmicas que la silicona..
Los transformadores HTC pueden ser agrupados en tres categorias:
Mineral oil after 1 minute. Mineral oil after 3 minutes. Mineral oil fully alight after 4 minutes. Note the dense black smoke.
Transformador hibrido: aislamiento sólido ( Clase alta temperatura mas papel de celulosa) y aceite mineral;
Sistema de aislamiento homogeneo de alta temperatura (Transformador completo de clase alta temperatura);
Transformador lleno con liquido clase alta tremperatura ( midel , silicona, Biotemp).
Transformadores clase Alta Temperatura
Transformador con aislamiento hibrido:
A.
Sistema de aislamiento Semi-HibridoB.
Sistema de aislamiento HibridoC.
Sistema de aislamiento Mixto El sistema de aislamiento semi-híbrido utiliza materiales líquidos convencionales y de alta temperatura sólo para el aislamiento del conductor en bobinas que operan por encima de temperaturas convencionales. Todos los demás materiales son de aislamiento convencional
Aislamiento sólido: la clase alta temperatura sólo para los conductores de las bobinas
Líquido: convencional (aceite mineral) A. Sistema de aislamiento Semi-Hibrido :
El sistema de aislamiento mixto usa aislamiento de alta
temperatura para ciertos componentes o partes de las bobinas, como los conductores en las regiones con temperaturas por encima de los límites convencionales.
Aislamiento sólido: alta temperatura para proteger
C. Sistema de aislamiento Mixto
B. Sistema de aislamiento Hibrido:
El sistema de aislamiento híbrido utiliza materiales líquidos
convencionales y de alta temperatura en toda la bobinas, pero no necesariamente todos los devanados (devanados terciarios)
Aislamiento sólido: clase alta temperatura en todo el aislamiento en contacto con conductores calientes. Líquido: convencional (aceite mineral)
Sistema de aislamiento Hibrido:
El sistema de aislamiento Hibrido estudiado remplaza el papel y algunos cartones con un material clase alta temperatura Nomex T994 y Nomex T926, como se muestra en la grafica:
Technical data
Joint development with CEMIG
(State of Minas Gerais, Brazil)
and DuPont
Regulating transformer (25
MVA, 145/13.8 kV)
BIOTEMP
®(incl. in GOB type
HV bushings and UZ type
on-load tap changer)
Hybrid Nomex
®/cellulose
insulation system
BIOTEMP Transformer
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Technical data
Rated Power 40/50 MVA
Cooling type ONAN /ONAF
Higher Voltage 66kV
Lower Voltage 11kV
Regulation on HV side : +/- 8 x 1,25%
Regulation type : OLTC, Vacuum Tap
Oil BioTemp
Temperature rise :
Average winding 90 K Top oil 60 K
Insulation material class Hybrid
BIOTEMP Transformer
Technical data
Rated Power 18 MVA 12.5 MVA
Cooling type ONAN /ONAN ONAN/ONAF
Higher Voltage 34.5 kV 34.5 kV
Lower Voltage 13.8 kV 13.8 – 4.16 kV
Regulation on HV side : +-16 * 0.625% +-2 * 2.5%
Regulation type : OLTC, Vacuum Tap DETC
Oil BioTemp BioTemp
Temperature rise :
Average winding 55°K 55°K
Top oil 55°K 55°K
BIOTEMP Transformer
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