CN108646799A - 一种智能控制高海拔高土壤电阻率地区变电站接地网接地电阻的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种智能控制高海拔高土壤电阻率地区变电站接地网接地电阻的系统及方法，属于电力电气设备维护系统技术领域。所述智能控制系统包括湿度控制装置、水量控制装置、注水管、布水管、水平接地铜排和石墨布。本发明通过在设置铜排作为外引接地网的同时，通过湿度控制装置对主接地网的水平接地铜排的土壤湿度进行实时监控，当土壤湿度一旦超出规定值，即通过灌注水方式，降低接地电阻，从而保证接地电阻长期维持在小于0.5欧，从而保证电网安全和供电可靠性。本发明具有节约成本，经济高效，绿色环保等优点，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于电力电气设备维护系统技术领域，具体涉及一种智能控制高海拔高土壤电阻率地区变电站接地网接地电阻的系统及方法。
背景技术
据有关资料，位于高海拔高土壤地区的110kV户外变电站的站内面积一般为8000平方米，采用扁钢作为水平地网，角钢或通覆钢为垂直接地极，地质以风化岩为主，测得总接地电阻一般为1.5欧左右，很难降至0.5欧以下。2011年国家电网通用设计A3-3模块的110kV户内变电站为2039平方米，但后期接地网的接地电阻更高，某些省份已放宽至4欧姆以下，但应采取隔离措施。
变电站接地电阻R≤2000/I(I-故障接地电流)，并小于0.5欧；现行变电站接地标准允许放宽至5欧，但其附加条件是必须满足接地标准第6.2.3条：1、防止转移电位引起的危害，应采取各种隔离措施；2、考虑短路电流非周期分量的影响，当接地网电位升高时，3～10kV避雷器不应动作或动作后不应损坏；3、应采取均压措施，并验算接触电位差和跨步电位差是否满足要求，施工后还应进行测量和绘制电位分布曲线。显然，变电站接地电阻放宽至5欧的接地标准，也极为严格。
目前，变电站传统接地方式主要有以下几种：
(1)将埋设接地极的地方换成土壤电阻率低的细质土壤，但该方法不仅耗费大量的人力物力资源，而且往往仍不能达到最终要求的接地电阻效果；
(2)在原地网四角打深井，埋设接地极、使用降阻剂。该方法缺点是：由于降阻剂与水配合降阻，当水分散发后，接地电阻将出现反弹，已成为国内高土壤地区变电站接地网的通病，难以根治；国内高海拔高土壤电阻率地区曾做过多个接地网接地电阻不够后打深井降阻的实例，最终均以几年后电阻反弹而告终。根据理论和模拟实验，垂直接地体对降低接地网工频接地电阻的作用很小，约为2～8％，而且地网面积越大，影响越小，因而垂直接地体只是装设在主变压器、避雷针、避雷器等下面，主要是为了加强冲击电流的扩散作用。因此在计算变电站接地电阻时，不考虑垂直接地极的降阻效果；
(3)向站外扩大接地网面积，向几倍大于原地网接地体半径r的大范围内。这种做法易发生民事纠纷，特别是在植被被保护区域，一旦植被被破坏，很长时间内难以恢复；
(4)使用铜排作为主接地网水平接地体、采用铜包钢作为主接地网垂直接地体，或采用离子接地棒向土壤释放电解质的方法来降低土壤电阻率，从而达到降低接地电阻。目前，国家电网公司正推广这种方式。但是单一使用铜作为接地网，仍然很难达到接地电阻的要求。
发明内容
针对上述现有技术的不足，发明人经长期的技术与实践探索，提供一种智能控制高海拔高土壤电阻率地区变电站接地网接地电阻的系统及方法。本发明通过在设置铜排作为外引接地网的同时，通过湿度控制装置对主接地网的水平接地铜排的土壤湿度进行实时监控，当土壤湿度一旦超出规定值，即通过灌注水方式，降低接地电阻，从而保证接地电阻长期维持在小于0.5欧，从而保证电网安全和供电可靠性。
本发明的目的之一在于提供一种智能控制高海拔高土壤电阻率地区变电站接地网接地电阻的系统。
本发明的目的之二在于提供上述智能控制系统的运行方法。
本发明的目的之三在于提供上述智能控制系统及方法的应用。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面，提供一种智能控制高海拔高土壤电阻率地区变电站接地网接地电阻的系统，所述智能控制系统包括湿度控制装置、水量控制装置、注水管、布水管、水平接地铜排和石墨布。
其中，所述湿度控制装置包括湿度传感器、湿度控制器；
所述湿度传感器置于所述水平接地铜排处，用于检测土壤环境的湿度，获得实时土壤湿度值，并将土壤湿度值传输给所述湿度控制器；
所述湿度控制器将所述实时土壤湿度值与设定湿度值相比较；当所述实时土壤湿度值小于设定湿度值时，所述湿度控制器启动水量控制装置进行工作；当所述实时土壤湿度值大于或等于设定湿度值时，所述湿度控制器关闭水量控制装置；
所述水量控制装置包括继电器和水表，所述继电器置于水表内，所述水表置于注水管上，所述水表通过继电器受湿度控制器控制水流开关；
所述布水管铺设于水平接地铜排上部(即距离自然地面较近处)，并与注水管连通，所述布水管沿管长方向分布若干滴灌孔；
所述石墨布铺设于水平接地铜排下部(即距离自然地面较远处)；
优选的，所述设定湿度值为变电站接地电阻≤0.5欧时测定的水平接地铜排处的湿度值；
优选的，所述布水管为PVC管，所述滴灌孔孔距0.01～0.5m，孔径0.5～5.0mm；进一步优选的，所述布水管滴灌孔置于布水管的正下方；将布水管滴灌孔置于布水管的正下方，既可防止土壤颗粒污染物在布水管中的沉淀，延长使用寿命；同时滴灌方式也可有效防止土壤板结，有利于维持土壤电阻值的稳定；
优选的，所述布水管距水平接地铜排0.01～1m；
优选的，所述石墨布距水平接地铜排0.01～1m；
优选的，所述智能控制系统还包括净水装置，进一步优选的，所述净水装置设置于注水管上，净水装置用于将注入的水进行净化，从而减少水中不溶颗粒物，防止不溶物沉积于装置内或堵塞滴灌孔；
本发明的第二个方面，提供上述智能控制系统的运行方法，所述运行方法包括：
S1.湿度传感器将实时土壤湿度值传输给湿度控制器，湿度控制器将实时土壤湿度值与设定湿度值进行比较；
S2.当所述实时土壤湿度值小于设定湿度值时，湿度控制器通过继电器打开注水管上水表，此时水通过注水管进入布水管进行滴灌作业，从而降低土壤湿度值；
S3.当实时土壤湿度值等于或大于设定湿度值时，湿度控制器通过继电器关闭注水管上水表，从而停止向布水管供水。
需要说明的是，所述步骤S2、S3为步骤S1必然出现的两种情况，因此步骤S2、S3并不存在先后之分；
优选的，所述设定湿度值为变电站接地电阻≤0.5欧时测定的水平接地铜排处的湿度值；
优选的，所述运行方法中使用的水为纯净水；进一步优选的，所述纯净水由通过设置于注水管上的净水装置获得；
本发明的第三个方面，提供智能控制系统和/或智能控制系统运行方法在控制高海拔高土壤地区变电站接地网接地电阻中的应用；优选的，所述应用中，变电站接地网接地电阻控制为≤0.5欧。
本发明能够保证接地电阻长期维持在小于0.5欧，通过湿度控制器对土壤湿度实行监控，土壤湿度一旦超出规定值，通过灌注水，来降低接地电阻。实现可控、在控。避免发生短路事故时，由于变电站地点为升高，可能使设备受到工频暂态电压反击而造成设备击穿或引起误动；同时降低接地电压和跨步电压，保证人身安全，避免事故的发生。与已有发明相比，本发明技术方案具有以下有益效果：
(1)有效利变电站用可用面积，减少土壤面积的开挖，解决换土法和深井法带来的巨大的施工费用，继而较少植被的破坏，节约大量的征地费及青苗赔偿费，同时有利于环境保护；
(2)因为短路大电流的反击或电缆皮环流使得二次设备绝缘遭到破坏，高压串入控制室，导致监测或控制设备发生误动或拒动等；可有效节省每次变电站因接地电阻达不到技术要求而发生的设备事故造成的直接经济损失达到几百万元甚至上千万元，保证接地电阻值的稳定，保障电网安全和供电可靠性，切实维护电力系统的稳定运行；
(3)石墨接地材料的应用保障了接地装置的使用寿命，杜绝接地装置二次改造带来的巨大开支；同时降低金属接地材料的用量，减小了金属材料的用量，减少了钢铁制造过程中气体排放产物中的SO2和CO2等有害气体对环境造成的空气污染；可替代降阻材料，减小了因降阻材料的长期使用而泄露，造成树脂化合物及重盐等有害物质的溶出，渗入地下，污染水源，影响植物生长，危害人类健康。
附图说明
图1为本发明智能控制系统中布水管、水平接地铜排和石墨布地下排布图；其中，1为布水管；2为水平铜排，3为石墨布；
图2为本发明智能控制系统示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本发明的一种具体实施方式中，提供一种智能控制高海拔高土壤电阻率地区变电站接地网接地电阻的系统，所述智能控制系统包括湿度控制装置、水量控制装置、注水管、布水管、水平接地铜排和石墨布；
其中，所述湿度控制装置包括湿度传感器、湿度控制器；
所述湿度传感器置于所述水平接地铜排处，用于检测土壤环境的湿度，获得实时土壤湿度值，并将土壤湿度值传输给所述湿度控制器；
湿度控制器可以是单片机，更进一步还可以是具有屏显功能的计算机；
所述湿度控制器将所述实时土壤湿度值与设定湿度值相比较；当所述实时土壤湿度值小于设定湿度值时，所述湿度控制器启动水量控制装置进行工作；当所述实时土壤湿度值大于或等于设定湿度值时，所述湿度控制器关闭水量控制装置；
所述水量控制装置包括继电器和水表，所述继电器置于水表内，所述水表置于注水管上，所述水表通过继电器受湿度控制器控制水流开关；
所述布水管铺设于水平接地铜排上部(即距离自然地面较近处)，并与注水管连通，所述布水管沿管长方向分布若干滴灌孔；
所述石墨布铺设于水平接地铜排下部(即距离自然地面较远处)；
本发明的又一具体实施方式中，所述设定湿度值为变电站接地电阻≤0.5欧时测定的水平接地铜排处的湿度值；
本发明的又一具体实施方式中，所述布水管为PVC管，所述滴灌孔孔距0.01～0.5m，孔径0.5～5.0mm；进一步优选的，所述布水管滴灌孔置于布水管的正下方；将布水管滴灌孔置于布水管的正下方，既可防止土壤颗粒污染物在布水管中的沉淀，延长使用寿命；同时滴灌方式也可有效防止土壤板结，有利于维持土壤电阻值的稳定；
本发明的又一具体实施方式中，所述布水管距水平接地铜排0.01～1m；
本发明的又一具体实施方式中，所述石墨布距水平接地铜排0.01～1m；
本发明的又一具体实施方式中，所述智能控制系统还包括净水装置，进一步优选的，所述净水装置设置于注水管上，净水装置用于将注入的水进行净化，从而减少水中不溶颗粒物，防止不溶物沉积于装置内或堵塞滴灌孔；
本发明的又一具体实施方式中，提供上述智能控制系统的运行方法，所述运行方法包括：
S1.湿度传感器将实时土壤湿度值传输给湿度控制器，湿度控制器将实时土壤湿度值与设定湿度值进行比较；
S2.当所述实时土壤湿度值小于设定湿度值时，湿度控制器通过继电器打开注水管上水表，此时水通过注水管进入布水管进行滴灌作业，从而降低土壤湿度值；
S3.当实时土壤湿度值等于或大于设定湿度值时，湿度控制器通过继电器关闭注水管上水表，从而停止向布水管供水。
需要说明的是，所述步骤S2、S3为步骤S1必然出现的两种情况，因此步骤S2、S3并不存在先后之分；
本发明的又一具体实施方式中，所述设定湿度值为变电站接地电阻≤0.5欧时测定的水平接地铜排处的湿度值；
本发明的又一具体实施方式中，所述运行方法中使用的水为纯净水；进一步优选的，所述纯净水由通过设置于注水管上的净水装置获得；
本发明的又一具体实施方式中，提供智能控制系统和/或智能控制系统运行方法在控制高海拔高土壤地区变电站接地网接地电阻中的应用；
本发明的又一具体实施方式中，所述应用中，变电站接地网接地电阻控制为≤0.5欧。
下面结合具体实施例对本发明技术方案做进一步说明。需要说明的是，本发明中所用各仪器装置均可在市场上购得。
实施例1
本实施例涉及一种智能控制高海拔高土壤电阻率地区变电站接地网接地电阻的系统，所述智能控制系统包括湿度控制装置、水量控制装置、注水管、布水管、水平接地铜排和石墨布；其中布水管、水平接地铜排和石墨布地下排布如图1所示；
所述湿度控制装置包括湿度传感器、湿度控制器(单片机)；
所述湿度传感器置于所述水平接地铜排处，用于检测土壤环境的湿度，获得实时土壤湿度值，并将土壤湿度值传输给所述湿度控制器；
所述湿度控制器将所述实时土壤湿度值与设定湿度值相比较；当所述实时土壤湿度值小于设定湿度值时，所述湿度控制器启动水量控制装置进行工作；当所述实时土壤湿度值大于或等于设定湿度值时，所述湿度控制器关闭水量控制装置；
所述水量控制装置包括继电器和水表，所述继电器置于水表内，所述水表置于注水管上，所述水表通过继电器受湿度控制器控制水流开关；
所述布水管铺设于水平接地铜排上部(即距离自然地面较近处)，并与注水管连通，所述布水管沿管长方向分布若干滴灌孔；所述布水管为PVC管，所述滴灌孔孔距0.02m，滴灌孔孔径1mm；所述布水管滴灌孔置于布水管的正下方；所述布水管距水平接地铜排0.1m；
所述石墨布铺设于水平接地铜排下部(即距离自然地面较远处)；所述石墨布距水平接地铜排0.1m；
所述设定湿度值为变电站接地电阻≤0.5欧时测定的水平接地铜排处的湿度值；需要说明的是，系统从注水管向PVC管中注入水，在注入水的成分固定的情况下，各散水孔的散水速度与埋地深度有关，在水平管散水孔的散水速度还取决于散水孔的直径、散水孔的排列密度、散水孔外围的土壤成分和水平管的埋设深度等。其中外围土壤的成分影响到土壤的电阻率和水分流失的速度。因此根据变电站实际情况本领域技术人员可实现对参数的调整；
此外，所述智能控制系统还包括净水装置，所述净水装置设置于注水管上，净水装置用于将注入的水进行净化，从而减少水中不溶颗粒物，防止不溶物沉积于装置内或堵塞滴灌孔。
本智能控制系统工作时，湿度传感器将实时土壤湿度值传输给湿度控制器，湿度控制器将实时土壤湿度值与设定湿度值进行比较；当所述实时土壤湿度值小于设定湿度值时，湿度控制器通过继电器打开注水管上水表，此时水通过注水管进入布水管进行滴灌作业，从而降低土壤湿度值；当实时土壤湿度值等于或大于设定湿度值时，湿度控制器通过继电器关闭注水管上水表，从而停止向布水管供水。
实施例2
本实施例涉及一种智能控制高海拔高土壤电阻率地区变电站接地网接地电阻的系统，所述智能控制系统包括湿度控制装置、水量控制装置、注水管、布水管、水平接地铜排和石墨布；其中布水管、水平接地铜排和石墨布地下排布如图1所示；
所述湿度控制装置包括湿度传感器、湿度控制器(计算机)；
所述湿度传感器置于所述水平接地铜排处，用于检测土壤环境的湿度，获得实时土壤湿度值，并将土壤湿度值传输给所述湿度控制器；
所述湿度控制器将所述实时土壤湿度值与设定湿度值相比较；当所述实时土壤湿度值小于设定湿度值时，所述湿度控制器启动水量控制装置进行工作；当所述实时土壤湿度值大于或等于设定湿度值时，所述湿度控制器关闭水量控制装置；
所述水量控制装置包括继电器和水表，所述继电器置于水表内，所述水表置于注水管上，所述水表通过继电器受湿度控制器控制水流开关；
所述布水管铺设于水平接地铜排上部(即距离自然地面较近处)，并与注水管连通，所述布水管沿管长方向分布若干滴灌孔；所述布水管为PVC管，所述滴灌孔孔距0.3m，滴灌孔孔径4mm；所述布水管滴灌孔置于布水管的正下方；所述布水管距水平接地铜排0.05m；
所述石墨布铺设于水平接地铜排下部(即距离自然地面较远处)；所述石墨布距水平接地铜排0.05m；
所述设定湿度值为变电站接地电阻≤0.5欧时测定的水平接地铜排处的湿度值；需要说明的是，系统从注水管向PVC管中注入水，在注入水的成分固定的情况下，各散水孔的散水速度与埋地深度有关，在水平管散水孔的散水速度还取决于散水孔的直径、散水孔的排列密度、散水孔外围的土壤成分和水平管的埋设深度等。其中外围土壤的成分影响到土壤的电阻率和水分流失的速度。因此根据变电站实际情况本领域技术人员可实现对参数的调整；
此外，所述智能控制系统还包括净水装置，所述净水装置设置于注水管上，净水装置用于将注入的水进行净化，从而减少水中不溶颗粒物，防止不溶物沉积于装置内或堵塞滴灌孔。
本智能控制系统工作时，湿度传感器将实时土壤湿度值传输给湿度控制器，湿度控制器将实时土壤湿度值与设定湿度值进行比较；当所述实时土壤湿度值小于设定湿度值时，湿度控制器通过继电器打开注水管上水表，此时水通过注水管进入布水管进行滴灌作业，从而降低土壤湿度值；当实时土壤湿度值等于或大于设定湿度值时，湿度控制器通过继电器关闭注水管上水表，从而停止向布水管供水。
实施例3
本实施例涉及一种智能控制高海拔高土壤电阻率地区变电站接地网接地电阻的系统，所述智能控制系统包括湿度控制装置、水量控制装置、注水管、布水管、水平接地铜排和石墨布；其中布水管、水平接地铜排和石墨布地下排布如图1所示；
所述湿度控制装置包括湿度传感器、湿度控制器(计算机)；
所述湿度传感器置于所述水平接地铜排处，用于检测土壤环境的湿度，获得实时土壤湿度值，并将土壤湿度值传输给所述湿度控制器；
所述湿度控制器将所述实时土壤湿度值与设定湿度值相比较；当所述实时土壤湿度值小于设定湿度值时，所述湿度控制器启动水量控制装置进行工作；当所述实时土壤湿度值大于或等于设定湿度值时，所述湿度控制器关闭水量控制装置；
所述水量控制装置包括继电器和水表，所述继电器置于水表内，所述水表置于注水管上，所述水表通过继电器受湿度控制器控制水流开关；
所述布水管铺设于水平接地铜排上部(即距离自然地面较近处)，并与注水管连通，所述布水管沿管长方向分布若干滴灌孔；所述布水管为PVC管，所述滴灌孔孔距0.4m，滴灌孔孔径5mm；所述布水管滴灌孔置于布水管的正下方；所述布水管距水平接地铜排0.5m；
所述石墨布铺设于水平接地铜排下部(即距离自然地面较远处)；所述石墨布距水平接地铜排0.5m；
所述设定湿度值为变电站接地电阻≤0.5欧时测定的水平接地铜排处的湿度值；需要说明的是，系统从注水管向PVC管中注入水，在注入水的成分固定的情况下，各散水孔的散水速度与埋地深度有关，在水平管散水孔的散水速度还取决于散水孔的直径、散水孔的排列密度、散水孔外围的土壤成分和水平管的埋设深度等。其中外围土壤的成分影响到土壤的电阻率和水分流失的速度。因此根据变电站实际情况本领域技术人员可实现对参数的调整；
此外，所述智能控制系统还包括净水装置，所述净水装置设置于注水管上，净水装置用于将注入的水进行净化，从而减少水中不溶颗粒物，防止不溶物沉积于装置内或堵塞滴灌孔。
本智能控制系统工作时，湿度传感器将实时土壤湿度值传输给湿度控制器，湿度控制器将实时土壤湿度值与设定湿度值进行比较；当所述实时土壤湿度值小于设定湿度值时，湿度控制器通过继电器打开注水管上水表，此时水通过注水管进入布水管进行滴灌作业，从而降低土壤湿度值；当实时土壤湿度值等于或大于设定湿度值时，湿度控制器通过继电器关闭注水管上水表，从而停止向布水管供水。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种智能控制高海拔高土壤电阻率地区变电站接地网接地电阻的系统，其特征在于，所述智能控制系统包括湿度控制装置、水量控制装置、注水管、布水管、水平接地铜排和石墨布；
其中，所述湿度控制装置包括湿度传感器、湿度控制器；
所述湿度传感器置于所述水平接地铜排处，用于检测土壤环境的湿度，获得实时土壤湿度值，并将土壤湿度值传输给所述湿度控制器；
所述湿度控制器将所述实时土壤湿度值与设定湿度值相比较；当所述实时土壤湿度值小于设定湿度值时，所述湿度控制器启动水量控制装置进行工作；当所述实时土壤湿度值大于或等于设定湿度值时，所述湿度控制器关闭水量控制装置；
所述水量控制装置包括继电器和水表，所述继电器置于水表内，所述水表置于注水管上，所述水表通过继电器受湿度控制器控制水流开关；
所述布水管铺设于水平接地铜排上部，并与注水管连通，所述布水管沿管长方向分布若干滴灌孔；
所述石墨布铺设于水平接地铜排下部。
2.如权利要求1所述的一种智能控制系统，其特征在于，所述设定湿度值为变电站接地电阻≤0.5欧时测定的水平接地铜排处的湿度值。
3.如权利要求1所述的一种智能控制系统，其特征在于，所述布水管为PVC管，所述滴灌孔孔距0.01～0.5m，孔径0.5～5.0mm；优选的，所述布水管滴灌孔置于布水管的正下方。
4.如权利要求1所述的一种智能控制系统，其特征在于，所述布水管距水平接地铜排0.01～1m。
5.如权利要求1所述的一种智能控制系统，其特征在于，所述石墨布距水平接地铜排0.01～1m。
6.如权利要求1所述的一种智能控制系统，其特征在于，所述智能控制系统还包括净水装置；
优选的，所述净水装置设置于注水管上。
7.权利要求1-6任一项所述智能控制系统的运行方法，所述运行方法包括：
S1.湿度传感器将实时土壤湿度值传输给湿度控制器，湿度控制器将实时土壤湿度值与设定湿度值进行比较；
S2.当所述实时土壤湿度值小于设定湿度值时，湿度控制器通过继电器打开注水管上水表，此时水通过注水管进入布水管进行滴灌作业，从而降低土壤湿度值；
S3.当实时土壤湿度值等于或大于设定湿度值时，湿度控制器通过继电器关闭注水管上水表，从而停止向布水管供水。
8.如权利要求6所述运行方法，其特征在于，所述设定湿度值为变电站接地电阻≤0.5欧时测定的水平接地铜排处的湿度值。
9.如权利要求6所述运行方法，其特征在于，所述运行方法中使用的水为纯净水；优选的，所述纯净水由通过设置于注水管上的净水装置获得。
10.权利要求1-6任一项所述智能控制系统和/或权利要求7或8所述智能控制系统运行方法在控制高海拔高土壤地区变电站接地网接地电阻中的应用；优选的，所述应用中，变电站接地网接地电阻控制为≤0.5欧。
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