KR20230111783A - 변압기 성능 시험 장치 - Google Patents

변압기 성능 시험 장치 Download PDF

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KR20230111783A
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백종선
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에이치디현대일렉트릭 주식회사
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    • G01R31/62—Testing of transformers
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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 성능 시험 장치는 변압기의 탱크 내부에 구비되는 리드선 또는 중심 도체에 연결되는 복수의 부스바;와, 복수의 상기 부스바가 고정되고, 상기 변압기에서 이격되는 쇼트바;와, 상기 쇼트바에 구비되는 지그유닛; 및 상기 지그유닛에 접촉하여 상기 쇼트바 및 복수의 상기 부스바를 인양 및 지지하는 인양유닛;을 포함할 수 있다.

Description

변압기 성능 시험 장치{TEST APPARATUS OF PERFORMANCE OF ELECTRIC TRANSFORMER}
본 발명은 변압기 성능 시험 장치에 관한 것이다.
변압기(transformer)는 전자기유도현상을 이용하여 교류의 전압 및 전류의 크기를 변화시키는 변환 장치로서, 전력계통에 구성되어 발전소로부터 전압을 받아 승압 및 감압을 통해 수용가까지 전력을 송전하는데 중요한 역할을 한다.
도 1에서 보이듯, 통상 변압기(1)는 그 내부에 권선(미도시), 철심(미도시) 및 절연유(미도시)를 수용하는 탱크(10) 및 상기 탱크(10)의 상부로 노출된 복수의 부싱(11)을 포함할 수 있다.
이러한 변압기(1)의 성능 시험의 일환으로는 변압기(1)의 동손 및 온도 상승 시험이 있다. 3상 변압기(three phase transformer)의 동손 및 온도 상승 시험의 경우, 3상 부싱(11)에 실제로 부하를 걸 수 없기 때문에 3상을 임의로 단락시켜준 상태에서 수행될 수 있다.
3상 변압기의 각 상들을 단락시키기 위해서 각 상의 부싱(11)마다 부스바(12)를 연결하고, 부스바(12)를 쇼트바(short bar, 13)로 연결할 수 있다. 전류가 흘러 각 상들이 쇼트바(13)에 의해 단락되면 변압기의 동손 및 온도 상승 시험을 수행할 수 있게 된다.
각 상들이 단락되면 쇼트바(13)는 매우 고온인 상태에 놓이게 된다. 따라서 탱크(10)에 쇼트바 지지대(14)를 설치하면 쇼트바(13)를 지지할 수 있을 뿐만 아니라 고온의 쇼트바(13)를 탱크(10)로부터 이격시킬 수 있다. 그럼에도 불구하고 고온의 쇼트바(13)는 변압기의 탱크(10)를 포함한 변압기 구성 요소들의 과열을 유발한다는 문제가 있다.
또한 부싱(11)마다 연결된 부스바(12)에 의해 발생하는 누설 자속도 변압기 탱크(10) 및 부싱(11)의 과열을 유발할 수 있다는 문제가 있다.
JP 2010-232325 A (2010.10.14)
본 발명은 변압기 구성 요소들의 손상없이 변압기 성능을 시험하는 것을 일 목적으로 한다.
또한 본 발명은 변압기 성능 시험의 편의성 및 효율성을 향상시키는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명은 변압기 성능 시험 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 성능 시험 장치는 변압기의 탱크 내부에 구비되는 리드선 또는 중심 도체에 연결되는 복수의 부스바;와, 복수의 상기 부스바가 고정되고, 상기 변압기에서 이격되는 쇼트바;와, 상기 쇼트바에 구비되는 지그유닛; 및 상기 지그유닛에 접촉하여 상기 쇼트바 및 복수의 상기 부스바를 인양 및 지지하는 인양유닛;을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서 상기 쇼트바의 외주는, 상기 탱크로부터 제1 거리만큼 이격될 수 있다.
또한 일 실시 예에서 복수의 상기 부스바는, 상기 변압기의 A상 리드선 또는 중심 도체에 연결되는 한 쌍의 제1 부스바;와, 상기 변압기의 B상 리드선 또는 중심 도체에 연결되는 한 쌍의 제2 부스바; 및 상기 변압기의 C상 리드선 또는 중심 도체에 연결되는 한 쌍의 제3 부스바;를 포함하고, 상기 제1 부스바, 상기 제2 부스바 및 상기 제2 부스바의 길이는 5m이상 6m이하이고, 상기 제1 거리는 5m일 수 있다.
또한 일 실시 예에서 상기 쇼트바는, 복수의 관통구멍;을 포함하고, 상기 제1 부스바, 상기 제2 부스바 및 상기 제3 부스바는, 상기 관통구멍을 관통하는 제1 체결부재에 의해 상기 쇼트바에 고정될 수 있다.
또한 일 실시 예에서 상기 제1 부스바, 상기 제2 부스바 및 상기 제3 부스바는, 복수의 케이블; 및 복수의 상기 케이블을 취합하고, 상기 제1 체결부재가 관통되는 브라켓부재;를 포함할 수 있다.
또한 일 실시 예에서 상기 쇼트바는, 구리를 포함하는 재질로 될 수 있다.
또한 일 실시 예에서 상기 지그유닛은, 상기 쇼트바와 대향하는 지그부재;와, 상기 지그부재와 상기 쇼트바 사이에 구비되는 절연부재;와, 상기 지그부재 및 상기 쇼트바를 관통하는 제2 체결부재; 및 상기 지그부재에 연결되는 고리부재;를 포함할 수 있다.
또한 일 실시 예에서 상기 인양유닛은, 상기 고리부재에 접촉하여 상기 쇼트바를 인양 및 지지하게 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면 변압기 구성 요소들의 손상없이 변압기 성능을 시험할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 변압기 성능 시험의 편의성 및 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 통상적인 변압기 성능 시험 장치가 적용된 변압기를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 통상의 변압기 온도 상승 시험 중, 변압기 탱크 및 부싱의 온도 해석 결과를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 성능 시험 장치가 변압기 탱크에 장착된 상태의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 성능 시험 장치의 분해사시도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 한 쌍의 제1 부스바의 정면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 성능 시험 장치의 작동상태도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 성능 시험 장치를 통해 변압기 온도 상승 시험 중, 변압기 탱크 및 부싱의 온도 해석 결과를 도시한 것이다.
본 발명의 실시 예에 관한 설명의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 동일한 부호로 기재된 요소는 동일한 요소이고, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.
또한, 본 발명의 요지를 명확히 하기 위하여 종래의 기술에 의해 익히 알려진 요소와 기술에 대한 설명은 생략하며, 이하에서는 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하도록 한다.
다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하고, 당업자에 의해 특정 구성요소가 추가, 변경, 삭제된 다른 형태로도 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명과 동일한 사상의 범위 내에 포함됨을 밝혀 둔다.
이하, 첨부된 도면에 도시된 X축은 변압기 탱크의 길이 방향이고, Y축은 변압기 탱크의 폭 방향이고, Z축은 변압기 탱크의 높이 방향이다.
도 2는 통상의 변압기 온도 상승 시험 중, 변압기 탱크(10) 및 부싱(11)의 온도 해석 결과를 도시한 것이다.
도 2에서 보이듯, 변압기는 3상 변압기이고, 변압기의 각 상 즉, A상, B상 C상에 각각 연결된 부싱(11)에는 부스바(12)가 각각 연결될 수 있다. 부스바(12)는 변압기의 각 상의 리드선(미도시) 또는 중심 도체(미도시)에 연결될 수 있다.
각각의 부스바(12)는 쇼트바(13)에 연결되며, 전류가 통전되면 변압기 3상의 단락이 일어날 수 있다. 이 상태로 시간이 흐르면 쇼트바(13)의 온도가 상승할 수 있다.
뿐만 아니라 부스바(12)에 의해 변압기 탱크(10) 및 부싱(11)에 누설 자속(leakage flux)이 발생하게 되고, 이는 변압기 탱크(10) 및 부싱(11)의 지나친 과열을 유발하는 원인이 될 수 있다.
도 2의 해석 결과를 참조하면 변압기 탱크(10)의 고온영역(A)의 최고 온도는 약 119.4℃인 것을 알 수 있다.
변압기 탱크(10) 및 부싱(11)이 지나치게 과열되면 탱크(10) 및 부싱(11)이 열손상되거나 녹아 내리는 문제가 발생할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 성능 시험 장치가 변압기 탱크(10)에 장착된 상태의 사시도이다.
도 3에서 보이듯, 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 성능 시험 장치는 변압기 탱크(10) 내부에 존재하는 복수의 리드선(미도시) 또는 복수의 중심 도체(미도시)에 각각 연결되는 복수의 부스바(110)를 포함할 수 있다.
부스바(110)의 일측은 리드선(미도시) 또는 중심 도체(미도시)에 연결되고, 타측은 +Z 방향으로 연장될 수 있다.
부스바(110)의 타측은 쇼트바(120)에 연결될 수 있다. 쇼트바(120)는 변압기의 탱크(10)로부터 Z축 방향으로 제1 거리(L1)만큼 이격될 수 있다.
쇼트바(120)의 양측에는 지그유닛(130)이 구비될 수 있다.
한편, 인양유닛(도 6의 140)은 지그유닛(130)에 접촉하여 쇼트바(120) 및 복수의 상기 부스바(110)를 인양하거나 부스바(110)가 부싱(11)에 연결된 상태를 유지할 수 있도록 쇼트바(120) 및 부스바(110)를 지지하는 역학을 수행할 수 있다.
쇼트바(120)의 외주는 탱크(10)의 외주로부터 +Z 방향으로 제1 거리(L1)만큼 이격될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에서 제1 거리(L1)는 5m일 수 있다. 이에 따르면 쇼트바(120)와 탱크(10)를 충분히 이격시킬 수 있다. 또한 누설 자속에 의해 탱크(10) 및 부싱(11)이 과열되는 현상 및 쇼트바(120)에서 발생한 열에 의해 탱크(10) 및 부싱(11)이 열손상되는 현상을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서 복수의 부스바(110)는 변압기의 A상 리드선(미도시) 또는 중심 도체(미도시)에 연결되는 한 쌍의 제1 부스바(111), 상기 변압기의 B상 리드선(미도시) 또는 중심 도체(미도시)에 연결되는 한 쌍의 제2 부스바(112) 및 상기 변압기의 C상 리드선(미도시) 또는 중심 도체(미도시)에 연결되는 한 쌍의 제3 부스바(113)를 포함할 수 있다.
쇼트바(120)는 복수의 관통구멍(121)을 포함할 수 있다. 복수의 관통구멍(121)은 X축 방향 및 Y축 방향으로 상호 일정거리 이격될 수 있다. 관통구멍(121)의 개수는 반드시 본 발명에 의해 한정되지 않으며 변압기의 규격 등을 고려하여 적절히 선택되어 적용될 수 있는 사항이다.
복수의 관통구멍(121) 중 A상 부싱(11)의 상부에 대응되는 위치에 존재하는 관통구멍(121)에 제1 부스바(111)를 고정할 수 있고, B상 부싱(11)의 상부에 대응되는 위치에 존재하는 관통구멍(121)에 제2 부스바(112)를 고정할 수 있으며, C상 부싱(11)의 상부에 대응되는 위치에 존재하는 관통구멍(121)에 제3 부스바(113)를 고정할 수 있다.
부스바(110)와 관통구멍(121)에 삽입되는 제1 체결부재(122)에 의해 부스바(110)를 쇼트바(120)에 고정할 수 있다. 이와 같은 관통구멍(121)에 따르면 다양한 규격의 부스바(110)를 쇼트바(120)에 용이하게 고정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 성능 시험 장치의 분해사시도이다.
도 4에서 보이듯, 쇼트바(120)는 +Z 방향으로 부스바의 상부에 존재할 수 있으며, 쇼트바(120)의 단부는 X축 방향으로 부스바의 외부에 존재할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에서 쇼트바(120)는 구리를 포함하는 재질로 구비될 수 있다. 이에 따르면 쇼트바(120)를 강재로 구비하는 것에 비해 쇼트바(120)의 규격은 줄일 수 있으면서도 3상의 단락을 용이하게 수행할 수 있다. 쇼트바(120)의 규격이 줄어들면 쇼트바(120)의 유지보수가 편리해질 뿐만 아니라 공간 효율성이 향상될 수 있다. 이는 변압기 성능 시험의 편의성 및 효율성을 향상에 기여할 수 있다.
한편, 지그유닛(도 3의 130)은 상기 쇼트바(120)와 대향하는 지그부재(131), 상기 지그부재(131)와 상기 쇼트바(120) 사이에 구비되는 절연부재(132), 상기 지그부재(131) 및 상기 쇼트바(120)를 관통하는 제2 체결부재(133) 및 상기 지그부재(131)에 연결되는 고리부재(134)를 포함할 수 있다.
지그부재(131)는 일정 강성을 가지는 금속을 포함하는 재질로 구비될 수 있다. 이에 따르면 쇼트바(120)의 인양 시, 인양유닛(140)이 쇼트바(120) 및 부스바의 하중을 용이하게 지지할 수 있다.
지그부재(131)의 상부에는 고리부재(134)가 연결될 수 있다. 고리부재(134)는 고리용 체결부재(134a), 고리용 와셔(134b) 및 고리용 너트(134c)에 의해 지그부재(131)에 고정될 수 있다.
지그부재(131)와 쇼트바(120)의 절연을 위해 지그부재(131)와 쇼트바(120) 사이에는 절연부재(132)가 구비될 수 있다. 절연부재(132)는 절연재를 포함하는 재질로 구비되어 지그부재(131)와 쇼트바(120) 사이의 열 및 전기의 전도를 방지할 수 있다. 이에 따르면 작업자의 안전성이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서 절연부재(132), 쇼트바(120) 및 지그부재(131)를 관통하는 제2 체결부재(133)에 의해 지그부재(131) 및 절연부재(132)가 쇼트바(120)에 고정될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에서 제2 체결부재(133)는 볼트일 수 있다. 이때, 쇼트바(120)와 제2 체결부재(133) 사이에는 체결용 절연부재(135) 및 와셔(133a)가 구비될 수 있고, 제2 체결부재(133)의 단부에는 너트(133b)가 체결될 수 있다.
한편, 한 쌍의 제1 부스바(111), 한 쌍의 제2 부스바(112) 및 한 쌍의 제3 부스바(113)의 Z축 방향으로의 길이(L2)는 5m이상 6m이하일 수 있다. 이에 따르면 변압기 탱크(도 3의 10)와 쇼트바(120) 간의 이격거리인 제1 거리(도 3의 L1)를 5m로 용이하게 유지할 수 있다.
한 쌍의 제1 부스바(111), 한 쌍의 제2 부스바(112) 및 한 쌍의 제3 부스바(113)의 일측 단부에는 브라켓부재(114)가 구비될 수 있다. 브라켓부재(114)에는 적어도 하나 이상의 체결구멍(115)이 구비되어 제1 체결부재(122)가 부스바 및 쇼트바(120)를 용이하게 관통할 수 있게 한다. 본 발명의 일 실시 예에서 제1 체결부재(122)는 볼트일 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 한 쌍의 제1 부스바(111)의 정면도이다.
본 발명의 일 실시 예에서 한 쌍의 제1 부스바(111)는 복수의 케이블(111a)을 포함할 수 있다. 복수의 케이블(111a)은 구리를 포함하는 재질로 구비될 수 있다. 케이블(111a)의 Z축 방향으로 일측 단부 및 타측 단부에는 브라켓부재(114)가 각각 구비될 수 있다. 브라켓부재(114)는 케이블(111a)과 같이 구리를 포함하는 재질로 구비될 수 있다. 하나의 브라켓부재(114)는 리드선(미도시) 또는 중심 도체(미도시)에 연결될 수 있고, 또 다른 브라켓부재(114)는 쇼트바(도 4의 120)에 연결될 수 있다.
브라켓부재(114)에 구비된 적어도 하나 이상의 체결구멍(115)은 브라켓부재(114)가 쇼트바(도 4의 120), 리드선(미도시) 또는 중심 도체(미도시)에 연결되는 것을 용이하게 하는 역할을 할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서 케이블(111a)은 플렉서블(flexible)하게 구비될 수 있고, X축, Y축 및 Z축 방향으로 유동성을 가질 수도 있다.
전술한 내용은 한 쌍의 제1 부스바(111)에 관한 사항은 한 쌍의 제2 부스바(도 4의 112) 및 한 쌍의 제3 부스바(도 4의 113)에도 동일한 원리로 적용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 성능 시험 장치의 작동상태도이다.
다수의 부스바(110)는 쇼트바(120)에 연결되어 있고, 쇼트바(120)에 연결된 고리부재(134)에는 인양유닛(140)에 체결될 수 있다. 일 실시 예에서 인양유닛(140)의 체결 와이어 또는 후크가 고리부재(134)에 연결되는 형태를 가질 수도 있다.
인양유닛(140)은 천장 크레인 등이 적용될 수 있으나 이는 반드시 본 발명에 의해 한정되는 바는 아니며, 시험 환경 등에 의해 적절히 변경되어 적용될 수 있는 사항이다.
변압기의 성능 시험을 위해서는 전류가 차단된 상태에서 부스바(110)의 일측 단부를 리드선(미도시) 또는 중심 도체(미도시)에 연결할 수 있다. 그리고 부스바(110)의 타측 단부를 쇼트바(120)에 연결하고, 고리부재(134)에 인양유닛(140)을 체결할 수 있다.
이 상태에서 인양유닛(140)을 통해 쇼트바(120) 및 부스바(110)를 인양할 수 있고, 쇼트바 및 부스바(110)가 적정 높이까지 인양되면 인양유닛(140)은 그 상태를 유지하고 있을 수 있다. 이어 전류가 통전되면 변압기 탱크(도 3의 10)의 내부에 존재하는 각 상(미도시)들이 단락된다. 그러면 변압기의 온도가 서서히 상승하며, 이를 통해 변압기 온도 상승 시험을 수행할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 성능 시험 장치를 통해 변압기 온도 상승 시험 중, 변압기 탱크(10) 및 부싱(11)의 온도 해석 결과를 도시한 것이다.
쇼트바(120)에 연결된 부스바의 단부가 탱크(10)로부터 5m 이격되어 있으므로 부스바의 누설 자속으로 인한 탱크(10) 및 부싱(11)의 과열이 최소화 또는 방지될 수 있다.
또한 쇼트바(120)가 탱크(10)로부터 5m 거리만큼 이격되어 있으므로 쇼트바(120)에서 발생한 열에 의해 탱크(10) 및 부싱(11)이 열손상되는 것을 최소화 또는 방지할 수 있다.
해석 결과를 참조하면 부싱(11)의 고온영역(A)의 최고 온도는 약 100.1℃인 것을 알 수 있다. 이는 기존의 온도 상승 시험에서 변압기 탱크(10)의 고온영역(도 2의 A)의 최고 온도가 약 119.4℃인 것에 비해 상당히 하락한 온도로서, 본 발명에 따르면 변압기 구성 요소들의 손상없이 변압기 성능 시험을 수행할 수 있다.
이상에서 설명한 사항은 본 발명의 일 실시예에 관하여 설명한 것이며, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
110 : 부스바 111 : 제1 부스바
112 : 제2 부스바 113 : 제3 부스바
120 : 쇼트바 121 : 관통구멍
130 : 지그유닛 140 : 인양유닛

Claims (8)

  1. 변압기의 탱크 내부에 구비되는 리드선 또는 중심 도체에 연결되는 복수의 부스바;
    복수의 상기 부스바가 고정되고, 상기 변압기에서 이격되는 쇼트바;
    상기 쇼트바에 구비되는 지그유닛; 및
    상기 지그유닛에 접촉하여 상기 쇼트바 및 복수의 상기 부스바를 인양 및 지지하는 인양유닛;
    을 포함하는 변압기 성능 시험 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 쇼트바의 외주는,
    상기 탱크로부터 제1 거리만큼 이격된 변압기 성능 시험 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    복수의 상기 부스바는,
    상기 변압기의 A상 리드선 또는 중심 도체에 연결되는 한 쌍의 제1 부스바;
    상기 변압기의 B상 리드선 또는 중심 도체에 연결되는 한 쌍의 제2 부스바; 및
    상기 변압기의 C상 리드선 또는 중심 도체에 연결되는 한 쌍의 제3 부스바;를 포함하고,
    상기 제1 부스바, 상기 제2 부스바 및 상기 제2 부스바의 길이는 5m이상 6m이하이고,
    상기 제1 거리는 5m인 변압기 성능 시험 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 쇼트바는,
    복수의 관통구멍;을 포함하고,
    상기 제1 부스바, 상기 제2 부스바 및 상기 제3 부스바는,
    상기 관통구멍을 관통하는 제1 체결부재에 의해 상기 쇼트바에 고정되는 변압기 성능 시험 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 부스바, 상기 제2 부스바 및 상기 제3 부스바는,
    복수의 케이블; 및
    복수의 상기 케이블을 취합하고, 상기 제1 체결부재가 관통되는 브라켓부재;
    를 포함하는 변압기 성능 시험 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 쇼트바는,
    구리를 포함하는 재질로 된 변압기 성능 시험 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 지그유닛은,
    상기 쇼트바와 대향하는 지그부재;
    상기 지그부재와 상기 쇼트바 사이에 구비되는 절연부재;
    상기 지그부재 및 상기 쇼트바를 관통하는 제2 체결부재; 및
    상기 지그부재에 연결되는 고리부재;
    를 포함하는 변압기 성능 시험 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 인양유닛은,
    상기 고리부재에 접촉하여 상기 쇼트바를 인양 및 지지하게 제공되는 변압기 성능 시험 장치.
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JP2010232325A (ja) 2009-03-26 2010-10-14 Meidensha Corp 変圧器の温度上昇試験方法

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