JPH04229012A - 固体過負荷継電器 - Google Patents

固体過負荷継電器

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JPH04229012A
JPH04229012A JP3060194A JP6019491A JPH04229012A JP H04229012 A JPH04229012 A JP H04229012A JP 3060194 A JP3060194 A JP 3060194A JP 6019491 A JP6019491 A JP 6019491A JP H04229012 A JPH04229012 A JP H04229012A
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signal
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switch
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JP3060194A
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Inventor
Daniel Zuzuly
ダニエル　ズーズリー
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Siemens Energy and Automation Inc
Original Assignee
Furnas Electric Co
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Publication date
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    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
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    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/083—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for three-phase systems

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電気装置に有用な過負荷
継電器、更に詳細には、固体、多相過負荷継電器に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】様々な種類の過負荷継電器が電気装置、
特に比較的高レベルの電力を引き出す電気装置の操作と
関連して長い間利用されてきた。電流を感知し、電流レ
ベルがある所定値を超過している場合にスイッチあるい
はそのようなものをトリップするため、様々なデバイス
が利用されてきた。ヒータを使用する電気化学デバイス
ではこの目的のために頻繁に利用されている。また、こ
の型の過負荷回路には、過負荷を感知した場合にスイッ
チに割り込む電流を駆動するための外部電力源が頻繁に
必要とされる。
【０００３】一方、多くの場合、このような従来のデバ
イスは、所望の機能を実行する際に、望ましくない特性
を伴ってしまう。例えば、それらの装置が外部電力を必
要とした場合、そいその外部電力がなんらかの理由で降
下した場合には、過負荷に反応して回路をトリップする
ことも、また実際には過負荷が発生しているわけではな
いのにトリップが発生してしまうこともある。ヒータを
使用するようなそれらの装置は、そのヒータや一般的に
それに関連するバイメタルを収容するために大きな物と
なりがちである。更に、比較的一定の速度で熱を消費し
、そしてそれらによってトリップの後にリセットが正確
に機能するような手段を設計するようにしなければなら
ない。
【０００４】上記した一般的な型の、従来技術における
過負荷継電器の多くのものは、過負荷継電器が多相負荷
を監視するのに利用された場合、位相の損失に対して保
護を与えるものではなかった。しかし、位相の損失は一
般に、残りの位相内にかなりの電流増加を生じさせ、最
後には継電器のトリップを招くことになるであろうから
、位相が失われた場合には、負荷内の動作中の位相への
過多な電流により、オーバーヒートするのを防ぐため、
非常に早急に過負荷継電器をトリップすることが望まし
い。
【０００５】本発明は、これらのそして他の問題を克服
しようとするものである。
【０００６】
【発明の概要】新しくしかも改善された過負荷保護器を
与えることが本発明の主な目的である。更に言えば、本
発明の目的は、最小限の体積の固体要素で一般的に作ら
れた、熱発散のための対策を必要としない、自己パワー
式過負荷保護器を与えることである。
【０００７】本発明によれば、前に述べた１つまたはそ
れ以上の目的は、複数の電流感知回路を含む過負荷継電
器構造で得られる。それら複数の電流感知回路は各々、
それぞれの位相入力への電流を表す信号を与えるために
監視されるべき、多相負荷への位相入力と協働するよう
にされている。総計手段はそれらの信号を受けそして位
相入力への平均電流に関連する信号を与える。電源は基
準電圧を与える働きをし、ＲＣ回路は総計手段に接続さ
れている。比較器は電源及びＲＣ回路の両方に接続され
ており、後者からの信号を基準信号と比較し、平均電流
信号が過負荷を示した時に過負荷信号を与えるものであ
る。スイッチは過負荷信号に応答し、過負荷継電器が協
働する負荷への電力の流れを中断させるために使用され
る。
【０００８】好ましくは、電力をそこから受けるために
電源が電流センサに接続されている。より好ましい実施
例においては、電流センサは電流変圧器であり、互いに
平行に接続され、電源及びそこへの入力と直列に接続さ
れている。より好ましい実施例では、電流変圧器と電源
との間に接続されている電圧クランプデバイス（ｖｏｌ
ｔａｇｅ　ｃｌａｍｐｉｎｇ　ｄｅｖｉｃｅ）　を含む
。より好ましい実施例では、クランプデバイスはツェナ
ーダイオードである。
【０００９】本発明はまた、ロックアウト回路の対策を
も意図している。ロックアウト回路は、供給電圧を受け
るために電源に接続された第１の入力と、基準信号を受
けるための第２入力とを有し、供給電圧が所定レベルで
あるかあるいはそれ以上であってしかも基準信号が安定
している時にはイネイブル信号を与えないようにする。 論理ＡＮＤ手段はロックアウト回路とスイッチとの間に
配置されており、イネイブル信号及び過負荷信号を受け
る。それは、そのような信号が両方存在した時にだけ応
答してスイッチを動作させる。
【００１０】本発明の実施例においてワンショットは、
スイッチとＡＮＤ手段との間の回路に接続されている。 本発明はまた、電流感知デバイス、特に回路変圧器と、
総計手段とに接続され、位相入力のいづれか１つにおけ
る位相の損失を感知し、スイッチを働かせるためにワン
ショットに信号を与えるような手段の対策をも意図して
いる。
【００１１】本発明の他の特徴によれば、複数の感知回
路と前と同じような総計手段が与えられている。１つ１
つが負荷の各位相のためのものであるような複数の比較
器が与えられており、また各比較器のために入力回路が
与えられている。各々の入力回路は、協働する位相のた
めの電流信号を受けるための対応する電流感知回路と、
平均電流信号を受けるための総計手段とに接続され、そ
してその総計に関連する信号を対応する比較器に与える
。ＡＮＤ手段はＡＮＤ比較器に接続されている。スイッ
チはＡＮＤ手段に接続され、電流センサが電流センサの
うちのいづれか１つにおける位相の損失に協働されてい
るような負荷への電力の中断を引き起こすために働く。
【００１２】より好ましい実施例において、パルス拡張
回路は比較器とＡＮＤ手段との間に介挿されており、比
較器からのパルス列をＤＣ信号に変換し、電流が対応す
る脚（ｌｅｇ）内に存在するかを示す。好ましくは、Ｒ
Ｃ回路はＡＮＤ手段とスイッチとの間に接続されている
。より好ましい実施例において、パルス拡張回路は各比
較器とＡＮＤ手段との間に接続されている。
【００１３】また本発明の他の特徴によれば、そこには
自己パワー式多相回路保護デバイスが与えられている。 このデバイスは、互いに平行に接続された複数の電流変
圧器を含み、それらは多相負荷の１つの位相と個々に協
働されるようにされており、その協働した位相に流れる
電流を表す信号を与える。多相負荷への電力を中断する
ために動作するスイッチも与えられており、故障判断回
路は電流信号を受けるために電流変圧器にそしてスイッ
チに接続されており、電流信号の少なくとも１つの所定
の状態のためにスイッチを動作させる。電源は故障判断
回路のために与えられており、全ての電流センサに接続
された入力を有する。電気クランプは電源入力に接続さ
れている。
【００１４】故障判断回路が過負荷を感知するために使
用されている時、それは好ましくはスイッチの前の動作
を記憶し、スイッチが前に所定の前時間間隔内に動作さ
せられている場合には非常に素早くスイッチを動作させ
るよう、メモリが与えられている。好ましくは、メモリ
手段はＲＣ回路を備えている。
【００１５】
【実施例】本発明による過負荷継電器の例が図１にブロ
ック形態で、そして図２に図式的な形態で示されている
。これは一般には、３位相負荷に結合されるものを意図
しているが、その使用はこれに限られたものではない。 位相導体が１０、１２、１４に示されており、負荷（図
示されていない）　に接続されている。個々の電流変圧
器１６、１８、２０はそれぞれ導体１０、１２、１４と
接続されており、導体２２によって平行に接続されてい
る。
【００１６】各変圧器１６、１８、２０と接続されてい
るのは電流感知抵抗２４である。各電流変圧器１６、１
８、２０と、それと接続されている感知抵抗２４との間
に配置されているのは、接合２６、２８、３０であり、
接続された位相を通じて流れる電流を現す信号をここか
ら得ることもできる。ダイオード３２は、ライン２２に
直流電流が現れるよう各位相の信号の整流器として働く
もので、３４で表された電源回路に接続されている。ツ
ェナーダイオードの形態をした電気クランプ３６が、電
流変圧器１６、１８、２０と電力源３４との間、特に、
ダイオードで定義された整流器３２と電源源３４との間
に配置されている。
【００１７】電源３４は第１部分３８を含む。この部分
は表示Ｖ＋を有し、図２に示された回路の様々な素子に
電力を与え、それに動力を与える。第２部分４０は基準
電圧を与えるために動作する。基準電圧はロックアウト
回路４４へのものと同様の目的で、比較器４２に与えら
れる。ロックアウト回路４４も電源３８からの電力を受
けるために接続されており、そして図１に示されるよう
に、電源３８から受けた電圧入力レベルが所定値である
かあるいはそれ以上であり、回路４０から受けた基準電
圧信号が一定のものである時は常に、「電力良好」信号
を与えるために動作する。ロックアウト回路４４は基準
信号が安定していない場合に、誤って過負荷継電器がト
リップ動作するのを防ぐために使用される。
【００１８】継電器は４５で表された誤り検出回路を含
む。そこにおいて、負である接合２６、２８、３０から
の信号は総計接合４６に与えられる。この総計接合４６
は可変フィードバック５０を有する反転演算増幅器４８
への入力として接続されている。その結果生じた演算増
幅器４８からの正出力は、各導体１０、１２、１４上を
流れる平均電流に比例するであろう。演算増幅器４８の
ための正電源端子は電源部分３８に接続されており、一
方、負電源端子は負供給ではなくグランドに接続されて
いるということに注意してもらいたい。この特徴により
、回路の機構全体がシンプルなものとなる。増幅器４８
の出力は、比較器４２の入力に接続される、抵抗５２及
びコンデンサ５４から作られたＲＣ回路に接続されてい
る。
【００１９】この装置は、平均電流を表示する信号が基
準レベル信号を所定量超過した場合、過負荷信号を比較
器４２の出力５６上に発生するであろう。出力５６はＡ
ＮＤゲート５８への入力として、電力レベルが良好の時
に示すロックアウト回路４４からの入力に沿って接続さ
れる。もし両方の状態が存在する場合には、ＡＮＤゲー
ト５８は過負荷信号を従来のワンショット６０に与える
。ワンショット６０は、トリップコイル６４及びトリッ
プコイル電源回路６６に直列に配置されたトランジスタ
スイッチ６２の導電を開始するために動作する。図２に
示されるように、回路６６はダイオード６８、コンデン
サ７０を含んでいてもよい。
【００２０】とにかく、過負荷信号はワンショット６０
をトリガするために動作し、それによってトランジスタ
スイッチ６２が導電し、トリップコイル６４が加圧され
、継電器に従来の方法で機械的なトリップ動作が生じる
。ワンショット６０は、ＡＮＤゲート５８からのパルス
幅では継電器のトリップ動作を保証するのに充分でなく
てもトリップコイル６４が動作できるよう、充分な長さ
のパルスをスイッチ６２に与えるために使用される。
【００２１】抵抗５２及びコンデンサ５４から作られた
ＲＣ回路は、所定時間間隔内にトリップが存在し、回路
が頻繁にトリップを引き起こしたかどうかを記憶するメ
モリを与える、ということに注意すべである。抵抗５２
及びコンデンサ５４を含むＲＣ回路の時定数はコンデン
サ５４の放電が比較的ゆっくりになるよう、比較的大き
なものである。その結果、平均電流における他の増加に
より決定されたそれの直前にトリップが存在する場合に
は、コンデンサ５４は完全に放電せず、最終的にワンシ
ョット６０をトリガするレベルまで更に急速に荷電する
であろう。分かり安く言えば、あるトリップと前のトリ
ップとの間の経過時間が小さくなればなる程、急速にそ
のトリップが発生するだろうということである。この特
徴は、トリップ時間があらゆる環境において一定に保た
れているような場合にオーバーヒートを防ぐために設計
される。このような場合、互いに短時間内に発生するト
リップでは負荷を充分に冷却できず、このようなダメー
ジが生じ得るのである。
【００２２】本発明はまた、１つまたはそれ以上の位相
が失われた時にトリップ動作する手段を提供する。即ち
、導体１０、１２、１４のうちのある１つにおける電力
が途絶えた場合にはその状態が感知され、２つの残りの
動作中の位相におけるなんらかのそれに相当する増加に
自主的にトリップを引き起こす。特に、３つの比較器８
０、８２、８４のシリーズはそれぞれ、協働する位相を
通じる電流と全ての位相を通じる平均電流との総計を表
す信号を受けるために接続されている。図２からわかる
ように、比較器８４への入力は導体８６上にあり、この
導体は２つの抵抗９０及び９２の接合８８へ接続されて
いる。抵抗５２は演算増幅器４８の出力に接続され、そ
してそこから平均電流を受け、一方、抵抗５２は接合３
０にも接続され、そしてそこから協働する位相の電流を
表す信号を受けるであろう。 同様に接続された同様の導体及び抵抗が、比較器８０、
８２への入力を与える。
【００２３】比較器８０、８２、８４からの出力は、そ
れぞれのパルス拡張回路８６、８８、９０に接続されて
いる。パルス拡張回路８６、８８、９０は、簡単なＲＣ
回路であろう。このＲＣ回路は、ある時定数を持つ。こ
の時定数は、デジタル論理目的のため、対応する比較器
の出力における揺らぎをならすのに充分な長さだけを必
要とする。パルス拡張器８６、８８、９０は、９２で表
されたＡＮＤゲートの入力に接続されており、この９２
で表されたＡＮＤゲートはＡＮＤゲート９４に接続され
、そしてこのＡＮＤゲート９４はまた、ロックアウト回
路４４からその電力が良好であることを示す信号を受け
る。
【００２４】このように、位相のうちの１つが失われた
時であって基準信号が安定したものである時に、ＡＮＤ
９４はＲＣ回路９６に出力を与えることは明かであろう
。回路９６は位相損失タイミング回路であり、位相損失
タイミングコンデンサと呼ばれるコンデンサ９８を含む
。この装置はこのように、比較的小さな時定数を含み、
位相が非常に短いオーダーで失われたかどうかの判断に
基づき、信号が回路９６によってワンショット回路６０
に与えられ、再びスイッチ６２によって継電器コイル６
４が導電されかつ励磁され、継電器がトリップするもの
である。
【００２５】以上述べたことにより、本発明によって作
られた過負荷継電器は、ヒータや、ヒータあるいは熱を
そこから消費するなんらかの手段を収容するための大き
さといったものの必要性を取り除いた。更に本発明の過
負荷継電器は、位相損失が残りの動作中の位相への電流
レベルに何らかの増加を起こす場合には自主的にトリッ
プを動作をさせ、いづれかの負荷がオーバーヒートして
しまう前に素早く断線する。
【００２６】抵抗５２及びコンデンサ５４を含むＲＣ回
路によって与えられたメモリ特性は、トリップが頻繁で
ある場合には速いトリップを与え、トリップが前に発生
していない時はより遅いトリップを与える。システムの
トリップ特性を電流対時間カーブに望み通りに非常に上
手に整合できるということが、実際に立証された。本発
明はまた、別の電力源によらない自己パワー式過負荷保
護器を与える。この結果信頼性が高まり、誤ってトリッ
プすることも避けることが出来るようになる。
【００２７】最後に、本発明は多相負荷のための過負荷
保護器であるとして述べてきたが、当業者には、単相負
荷保護で利用するのにも有用であるは明らかであろう。 この場合、単相導体を３つの電流変圧器１６、１８、２
０に通過させるだけで、過負荷保護が関係する限り、本
発明の利点が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によって作られた過負荷継電器のブロッ
ク図。
【図２】過負荷継電器の電気図。
【符号の説明】
１６　　電流変圧器 １８　　電流変圧器 ２０　　電流変圧器 ２２　　ライン ２４　　抵抗 ２６　　接合 ２８　　接合 ３０　　接合 ３６　　電気クランプ ３８　　電源部分 ４０　　ロックアウト回路 ４２　　比較器 ４６　　総計接合 ４８　　演算増幅器 ５０　　可変フィードバック ５２　　抵抗 ５４　　コンデンサ ５８　　ＡＮＤゲート ６０　　ワンショット ６２　　トランジスタスイッチ ６４　　継電器コイル ６６　　トリップコイル電源回路 ８０　　比較器 ８２　　比較器 ８４　　比較器 ８６　　パルス拡張器 ８８　　パルス拡張器 ９０　　パルス拡張器 ９２　　ＡＮＤゲート ９４　　ＡＮＤゲート ９６　　ＲＣ回路 ９８　　コンデンサ

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　固体過負荷継電器において、監視され
    るべき多相負荷への位相入力と協働するように各々がさ
    れており、それぞれの位相入力への電流を表す信号を与
    えるような複数の電流感知回路と、前記信号を受け位相
    入力への平均電流に関連する信号を与えるための総計手
    段と、基準信号を与える働きをする電源と、前記総計手
    段に接続されたＲＣ回路と、前記電源及び前記ＲＣ回路
    の両方に接続されており、前記ＲＣ回路からの信号を前
    記基準信号と比較し、平均電流信号が過負荷を示した場
    合には過負荷信号を与える比較器と、前記過負荷信号に
    応答し、前記過負荷継電器と協働するであろう負荷への
    電力の流れを中断するために使用されるようにしてある
    スイッチとを備えることを特徴とする固体過負荷継電器
    。
  2. 【請求項２】　　請求項１記載の固体過負荷継電器にお
    いて、前記電源は前記電流センサにそこから電力を受け
    るために接続されている固体過負荷継電器。
  3. 【請求項３】　　請求項１記載の固体過負荷継電器にお
    いて、前記電流センサは電流変圧器であって互いに平行
    に接続され、そして前記電源と直列に接続されている固
    体過負荷継電器。
  4. 【請求項４】　　請求項３記載の固体過負荷継電器にお
    いて更に、前記電流変圧器と前記電源との間に接続され
    ている電圧クランプデバイスを含む固体過負荷継電器。
  5. 【請求項５】　　請求項４記載の固体過負荷継電器にお
    いて、前記クランプデバイスはツェナーダイオードであ
    る固体過負荷継電器。
  6. 【請求項６】　　請求項１記載の固体過負荷継電器にお
    いて更に、前記電源に接続されそこから供給電圧を受け
    る第１入力及び前記基準信号を受けるための第２入力と
    を有し、前記供給電圧が所定のレベルであるかあるいは
    それより大きなものであってかつ前記基準信号が安定し
    たものである時はイネイブル信号を与えるロックアウト
    回路、前記イネイブル信号及び前記過負荷信号を受ける
    ための前記ロックアウト回路と前記比較器との間にあり
    、両方の存在に応答した時だけ前記スイッチを作動する
    論理ＡＮＤ手段を含む固体過負荷継電器。
  7. 【請求項７】　　請求項６記載の固体過負荷継電器にお
    いて更に、回路内の前記スイッチと前記ＡＮＤ手段との
    間に接続されたワンショットを含む固体過負荷継電器。
  8. 【請求項８】　　請求項７記載の固体過負荷継電器にお
    いて更に、前記電流変圧器及び前記総計手段に接続され
    、前記位相入力のいづれか１つにおける位相の損失を感
    知しそして前記スイッチを作動させるために前記ワンシ
    ョットに信号を与える手段を含む固体過負荷継電器。
  9. 【請求項９】　　固体過負荷継電器において、監視され
    るべき多相負荷への位相入力と協働するように各々がさ
    れており、それぞれの位相入力への電流を表す信号を与
    えるような複数の電流感知回路と、前記信号を受け、位
    相入力への平均電流に関連する信号を与えるための総計
    手段と、その１つが各位相のための複数の比較器と、個
    々の前記比較器のための、そして協働する位相のための
    電流信号を受ける対応する電流感知回路と、平均電流信
    号を受ける前記総計手段に接続され、その総計に関連す
    る信号を対応する比較器に与える入力回路と、前記比較
    器に接続されたＡＮＤ手段と、前記ＡＮＤ手段に接続さ
    れ、前記電流センサが前記電流センサのうちのいづれか
    １つにおける位相の損失に協働するような負荷への電力
    を中断させる働きをするスイッチを備えることを特徴と
    する固体過負荷継電器。
  10. 【請求項１０】　　請求項９記載の固体過負荷継電器に
    おいて更に、前記ＡＮＤ手段及び前記スイッチとの間に
    接続されたＲＣ回路を含む固体過負荷継電器。
  11. 【請求項１１】　　請求項９記載の固体過負荷継電器に
    おいて、前記各々の比較器と前記ＡＮＤ手段との間に接
    続されたパルス拡張回路を含む固体過負荷継電器。
  12. 【請求項１２】　　自己パワー式多相回路保護デバイス
    において、互いに平行に接続され、各々が多相負荷の１
    つ１つの位相導体と個々に協働するようにされており、
    そして協働する位相導体を流れる電流を表す信号を与え
    る複数の電流変圧器と、多相負荷への電力を中断するた
    めに動作するようにされているスイッチと、前記電流信
    号の少なくとも１つの所定状態のために前記スイッチを
    動作させるため、前記電流信号を受けるために前記電流
    変圧器にそして前記スイッチに接続された故障判断回路
    と、前記故障判断回路のためのそして全ての前記電流変
    圧器に接続された入力を有する電源と、前記電源入力に
    接続された電気クランプとを含むことを特徴とする固体
    過負荷継電器。
  13. 【請求項１３】　　請求項１２記載の自己パワー式多相
    回路保護デバイスにおいて、前記電気クランプはツェナ
    ーダイオードである自己パワー式多相回路保護デバイス
    。
  14. 【請求項１４】　　請求項１２記載の自己パワー式多相
    回路保護デバイスにおいて、前記故障判断回路は位相の
    損失に応答して前記スイッチを動作させる自己パワー式
    多相回路保護デバイス。
  15. 【請求項１５】　　請求項１２記載の自己パワー式多相
    回路保護デバイスにおいて、前記故障判断回路は前記負
    荷への過多な電流に応答して前記フイッチを作動させる
    自己パワー式多相保護デバイス。
  16. 【請求項１６】　　請求項１５記載の自己パワー式多相
    回路保護デバイスにおいて、前記故障判断回路は位相の
    損失に応答して前記スイッチを動作させる自己パワー式
    多相回路保護デバイス。
  17. 【請求項１７】　　請求項１５記載の自己パワー式多相
    回路保護デバイスにおいて、前記故障判断回路は前記ス
    イッチの前の動作を記憶し、そしてもし前記スイッチが
    前に所定の前時間間隔内に動作していた場合は非常に素
    早く前記スイッチを動作させるメモリ手段を含む自己パ
    ワー式多相回路保護デバイス。
  18. 【請求項１８】　　請求項１７記載の自己パワー式多相
    回路保護デバイスにおいて、前記メモリ手段はＲＣ回路
    を備える自己パワー式多相回路保護デバイス。
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