(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期機の界磁側を励磁する電力変換器と、電力変換器と同期機の電機子端とを接続する三相交流遮断器より成る電源遮断器と、同期機の界磁側に接続され、電機子側から界磁側に誘起してくる界磁側過電圧を検出する第１の過電圧検出器、この第１の過電圧検出器の出力信号により動作する第１のスイッチング素子、前記電源遮断器の開極動作に伴って発生する界磁側過電圧を検出する第２の過電圧検出器、この第２の過電圧検出器の出力信号により動作する第２のスイッチング素子、これら第１、第２のスイッチング素子に接続された放電抵抗器を備えた過電圧保護装置と、電力変換器を操作端として同期機の電機子側電圧を目標値に制御する第１の手段および電源遮断器に開／閉指令を与える第２の手段を有する制御装置と、同期機を保護するために電源遮断器に開指令を与える保護装置とからなる同期機の励磁制御装置において、
前記第２の過電圧検出器に相対的に高い値の過電圧検出レベルと低い値の過電圧検出レベルとを設け、前記制御装置の第２の手段あるいは保護装置から前記電源遮断器へ与えられる開指令を低い値の過電圧検出レベルに入力するようにしたことを特徴とする同期機の励磁制御装置。
【請求項２】
前記制御装置の第１の手段にゲートシフトを設け、前記制御装置の第２の手段あるいは保護装置から前記電源遮断器へ与えられる開指令により当該ゲートシフトを機能させて前記電力変換器で界磁電流を絞ることを特徴とする請求項１記載の同期機の励磁制御装置。
【請求項３】
同期機の界磁側を励磁する電力変換器と、電力変換器と同期機の電機子端とを接続する三相交流遮断器より成る電源遮断器と、同期機の界磁側に接続され、電機子側から界磁側に誘起してくる界磁側過電圧を検出する第１の過電圧検出器、この第１の過電圧検出器の出力信号により動作する第１のスイッチング素子、前記電源遮断器の開極動作に伴って発生する界磁側過電圧を検出する第２の過電圧検出器、この第２の過電圧検出器の出力信号により動作する第２のスイッチング素子、これら第１、第２のスイッチング素子に接続された放電抵抗器を備えた過電圧保護装置と、電力変換器を操作端として同期機の電機子側電圧を目標値に制御する第１の手段および電源遮断器に開／閉指令を与える第２の手段を有する制御装置と、同期機を保護するために電源遮断器に開指令を与える保護装置とからなる同期機の励磁制御装置において、
前記過電圧保護装置の第２のスイッチング素子を動作させる手段として前記第２の過電圧検出器に加えて、前記制御装置あるいは保護装置から電源遮断器に与えられる開指令によって駆動されるマルチパルス発生器を設けたことを特徴とする同期機の励磁制御装置。
【請求項４】
電源遮断器が開極を完了した時に出力する開極信号によってマルチパルス発生器を停止させる手段を設けたことを特徴とする請求項３記載の同期機の励磁制御装置。
【請求項５】
電源遮断器の開極信号をオンディレイタイマを介してマルチパルス発生器に入力し、マルチパルス発生器を停止させるタイミングを遅らせる手段を設けたことを特徴とする請求項３に記載の同期機の励磁制御装置。
【請求項６】
電源遮断器の開指令を、同期機の電機子電圧を目標値に制御する部分に入力する手段と、電源遮断器の開指令によって、電力変換器で界磁電流を絞る手段を設けたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の同期機の励磁制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は励磁回路に過電圧保護装置を備えた同期機の励磁制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、同期発電機や同期電動機などに使用される同期機の励磁制御装置は小型で合理的なものが要求されている。特に励磁制御装置の小型化については、従来使用していた大型の界磁遮断器（直流遮断器）に代わって小型でリーズナブルな電源遮断器（交流遮断器）が使用される場合が多い。但し、電源遮断器を使用した場合には電源遮断器開極時に発生する界磁側過電圧から界磁巻線を保護するために過電圧保護装置が必要となってくる。しかしながら、大型の界磁遮断器を単独で使用するケースと電源遮断器と過電圧保護装置とを組み合わせて使用するケースとを比較すると、後者の方が小型でよりリーズナブルなことは確かである。
【０００３】
図９に、励磁回路に電源遮断器と過電圧保護装置とを使用した従来の同期機の励磁制御装置の一例を示す。図９において、同期機１の界磁側は電力変換器２に接続されている。図９では、電力変換器２としてサイリスタ整流器を使用し、同期機電機子端自己電力の一部を励磁変圧器３を介して電力変換器２に供給するようにしている。励磁変圧器３と電力変換器２は電源遮断器４を介して接続され、その間を開閉されるように成っている。５は同期機１の励磁回路に設けられた過電圧保護装置で、過電圧検出器５−１、この過電圧検出器５−１の出力信号によりオン、オフされるスイッチング素子５−２、過電圧検出器５−３、この過電圧検出器５−３の出力信号によりオン、オフされるスイッチング素子５−４、および放電抵抗器５−５から構成されている。図ではスイッチング素子としてサイリスタを使用した例を示す。
【０００４】
６は制御装置で、電力変換器２を操作端として電圧検出器７から検出される同期機電機子電圧Ｖｇを目標値となるように電力変換器２にゲートパルスを出力して自動電圧調整する部分（ＡＶＲ部）６−１と、起動／停止シーケンスおよび緊急停止シーケンスに従い電源遮断器４に開／閉指令を与える部分（シーケンサ部）６−２とにより構成されている。８は保護装置で、同期機保護シーケンスに従い電源遮断器４に開指令を与えるものである。
【０００５】
このような同期機の励磁制御装置において、同期機電機子側から界磁側に誘起してくる界磁側過電圧については、過電圧検出器５−１が過電圧を検出し、スイッチング素子５−２にゲート信号を送出してオンさせ、放電抵抗器５−５に界磁電流を流し、界磁エネルギーを吸収して、界磁側過電圧から界磁巻線を保護する。
【０００６】
また、制御装置６のシーケンサ部分６−２あるいは保護装置８から与えられる電源遮断器４の開指令については、電源遮断器４からみた場合、開指令そのものは電気的に与えられるが、電源遮断器４の開極動作は機械的に行われるため、開極動作の間電源遮断器４の主極にはアークが発生することになる。このアークは同期機界磁側のインピーダンスを著しく高めるように作用する。一方同期機界磁巻線のインピーダンスはほとんどがリアクタンスであり、界磁電流連続条件が成立する。
【０００７】
すなわち、電源遮断器４の開極動作で高インピーダンスになっている励磁回路に開極動作前の界磁電流が流れようとすることで、界磁側過電圧が発生する。この電源遮断器４の開極に伴う界磁側過電圧を過電圧検出器５−３が検出し、スイッチング素子５−４にゲート信号を送出してオンさせ、放電抵抗器５−５に界磁電流を流し放熱させ、界磁エネルギーを吸収して、界磁側過電圧から界磁巻線を保護する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電源遮断器４は三相交流遮断器であるため、開指令が与えられた時の三相電流位相の状態で、開極動作の時に主極に発生するアークの状態は概ね以下の２パターンに大別される。
【０００９】
（１）開指令が与えられた時に主極の三相電流が全て通電状態に合った場合、開極動作で三相主極の全てにアークが発生する。
（２）開指令が与えられた時に主極の三相電流の内の一相がゼロクロスで無通電状態にあり、残りの二相は通電状態にあった場合、開極動作で通電のあった二相主極だけにアークが発生する。
【００１０】
前者の場合は、同期機界磁側のインピーダンスを著しく高めるように作用するため、充分な界磁側過電圧が発生して、過電圧検出器５−３がその過電圧を検出し、スイッチング素子５−４にゲート信号を送出してオンさせ、放電抵抗器５−５に界磁電流を流して界磁エネルギーを吸収し、界磁側過電圧から界磁巻線を保護する。しかしながら後者の場合には同期機界磁側のインピーダンスを充分に高めることができないため、低レベルの界磁側過電圧しか発生せず、このため過電圧検出器５−３の動作レベルまで達しない場合がある。この場合、スイッチング素子５−４はオンしないため界磁エネルギーは吸収されず、この界磁エネルギーが電源遮断器４の通電状態にある二相主脚に集中することとなり、界磁側過電圧の充分なる吸収が行われずに電源遮断器４を損傷させたり焼損させたりする恐れがあった。
【００１１】
本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、電源遮断器の開閉状態に左右されることなく、界磁側過電圧を確実に吸収して動作信頼性の高い同期機の励磁制御装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載の同期機の励磁制御装置の発明は、同期機の界磁側を励磁する電力変換器と、電力変換器と同期機の電機子端とを接続する三相交流遮断器より成る電源遮断器と、同期機の界磁側に接続され、電機子側から界磁側に誘起してくる界磁側過電圧を検出する第１の過電圧検出器、この第１の過電圧検出器の出力信号により動作する第１のスイッチング素子、前記電源遮断器の開極動作に伴って発生する界磁側過電圧を検出する第２の過電圧検出器、この第２の過電圧検出器の出力信号により動作する第２のスイッチング素子、これら第１、第２のスイッチング素子に接続された放電抵抗器を備えた過電圧保護装置と、電力変換器を操作端として同期機の電機子側電圧を目標値に制御する第１の手段および電源遮断器に開／閉指令を与える第２の手段を有する制御装置と、同期機を保護するために電源遮断器に開指令を与える保護装置とからなる同期機の励磁制御装置において、
前記第２の過電圧検出器に相対的に高い値の過電圧検出レベルと低い値の過電圧検出レベルとを設け、前記制御装置の第２の手段あるいは保護装置から前記電源遮断器へ与えられる開指令を低い値の過電圧検出レベルに入力するようにしたことを特徴とする。
この発明によれば、界磁側過電圧の大きさに依存せず、電源遮断器に開指令が発せられた時に界磁エネルギーを過電圧保護装置が吸収する。
【００１３】
請求項２に記載の同期機の励磁制御装置の発明は、請求項１に記載の発明において、制御装置の第１の手段にゲートシフトを設け、前記制御装置の第２の手段あるいは保護装置から前記電源遮断器へ与えられる開指令により当該ゲートシフトを機能させて前記電力変換器で界磁電流を絞ることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の同期機の励磁制御装置の発明は、同期機の界磁側を励磁する電力変換器と、電力変換器と同期機の電機子端とを接続する三相交流遮断器より成る電源遮断器と、同期機の界磁側に接続され、電機子側から界磁側に誘起してくる界磁側過電圧を検出する第１の過電圧検出器、この第１の過電圧検出器の出力信号により動作する第１のスイッチング素子、前記電源遮断器の開極動作に伴って発生する磁側過電圧を検出する第２の過電圧検出器、この第２の過電圧検出器の出力信号により動作する第２のスイッチング素子、これら第１、第２のスイッチング素子に接続された放電抵抗器を備えた過電圧保護装置と、電力変換器を操作端として同期機の電機子側電圧を目標値に制御する第１の手段および電源遮断器に開／閉指令を与える第２の手段を有する制御装置と、同期機を保護するために電源遮断器に開指令を与える保護装置とからなる同期機の励磁制御装置において、
前記過電圧保護装置の第２のスイッチング素子を動作させる手段として前記第２の過電圧検出器に加えて、前記制御装置あるいは保護装置から電源遮断器に与えられる開指令によって駆動されるマルチパルス発生器を設けたことを特徴とする。
この発明によれば、界磁側過電圧の大きさに依存せず、電源遮断器が開極する時にマルチパス発生器が動作し、界磁エネルギーを過電圧保護装置が吸収する。
【００１５】
請求項４に記載の同期機の励磁制御装置の発明は、請求項３に記載の発明手において、電源遮断器が開極を完了した時に出力する開極信号によってマルチパルス発生器を停止させる手段を設けたことを特徴とする。
この発明によれば、界磁側過電圧の大きさに依存せず、電源遮断器が開極する時に開指令から開極までの必要な時間だけ界磁エネルギーを過電圧保護装置が吸収する。
【００１６】
請求項５に記載の同期機の励磁制御装置の発明は、請求項３または４に記載の発明において、電源遮断器の開極信号をオンディレイタイマを介してマルチパルス発生器に入力し、マルチパルス発生器を停止させるタイミングを遅らせる手段を設けたことを特徴とする。
この発明によれば、界磁側過電圧の大きさに依存せず、電源遮断器が開極する時に開指令から開極までの必要な時間と、界磁電流が充分減衰するまでの時間だけ界磁エネルギーを過電圧保護装置が吸収する。
【００１７】
請求項６に記載の同期機の励磁制御装置の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、電源遮断器の開指令を、同期機の電機子電圧を目標値に制御する部分に入力する手段と、電源遮断器の開指令によって、電力変換器で界磁電流を絞る手段を設けたことを特徴とする。
この発明によれば、請求項１乃至５のそれぞれに記載の発明の作用に加えて、界磁電流が絞られた状態で界磁エネルギーを過電圧保護装置が吸収する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態を示す図で、同期機１の界磁側は電力変換器２に接続され励磁されている。図１では、電力変換器２としてサイリスタ整流器を使用し、同期機電機子端自己電力の一部を励磁変圧器３を介して電力変換器２に供給するようにしている。励磁変圧器３と電力変換器２は三相交流遮断器より成る電源遮断器４を介して接続され、その間を開閉されるようになっている。５は同期機１の励磁回路に設けられた過電圧保護装置で、過電圧検出器５−１、この過電圧検出器５−１の出力信号によりオン、オフされるスイッチング素子５−２、過電圧検出器５−３、この過電圧検出器５−３の出力信号によりオン、オフされるスイッチング素子５−４、および放電抵抗器５−５から構成されている。図ではスイッチング素子としてサイリスタを使用した例を示す。
【００１９】
６は制御装置で、電力変換器２を操作端として電圧検出器７から検出される同期機電機子電圧Ｖｇを目標値となるように電力変換器２にゲートパルスを出力して自動電圧調整する部分（ＡＶＲ部）６−１と、起動／停止シーケンスおよび緊急停止シーケンスに従い電源遮断器４に開／閉指令を与える部分（シーケンサ部）６−２とにより構成されている。８は保護装置で、同期機保護シーケンスに従い電源遮断器４に開指令を与えるものである。
【００２０】
本発明の第1の実施の形態においては、過電圧保護装置５の過電圧検出器５−３に過電圧検出レベルとして相対的に高レベル検出部５−３−１と相対的に低レベル検出部５−３−２を設けている。また、制御装置６のシーケンサ部６−２と保護装置８とから出力される電源遮断器４への開指令を、過電圧検出器５−３の低レベル検出部５−３−２に入力する手段を設けている。
【００２１】
このような構成とすることにより、制御装置６のシーケンサ部分６−２と保護装置８とから出力される電源遮断器４への開指令により電源遮断器４が開極する時に低レベルの界磁側過電圧しか発生しない場合でも過電圧検出器５−３の低レベル検出部５−３−２に開指令が入力され、低レベルの界磁側過電圧を検出し、スイッチング素子５−４をオンさせ、放電抵抗器５−５に界磁電流を流して放電させ、電源遮断器４の通電状態にある二相主極にアークが集中してもこのエネルギーを過電圧保護装置５で吸収し、電源遮断器の損傷、焼損を防ぐと共に、界磁側過電圧から界磁巻線を保護する。
【００２２】
図２は本発明の第２の実施の形態を示す図で、図１に示す第１の実施の形態と同一部分は同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
本実施の形態においては、制御装置６のシーケンサ部６−２と保護装置８とから出力される電源遮断器４への開指令を制御装置６のＡＶＲ部６−１に入力し、この開指令を基に制御装置６のＡＶＲ部６−１に設けられ、電力変換器２で界磁電流を絞る手段（ゲートシフト；ＧＳ）６−１−１により界磁電流を絞っている。その他は図１に示す第１の実施の形態と同様である。
【００２３】
このような構成とすることにより、第1の実施の形態の作用に加えて、界磁電流が絞られた状態で界磁エネルギーを過電圧保護装置５で吸収するので、電源遮断器の負担を軽減することができる。
【００２４】
図３は本発明の第３の実施の形態を示す図で、図１に示す第１の実施の形態と同一部分は同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
本実施の形態においては、図１に示す過電圧保護装置５の高レベル検出部５−３−１、低レベル検出部５−３−２を設ける代わりに、過電圧保護装置５のスイッチング素子５−４をオン動作させる手段としてマルチパルス発生器９を設けている。また、制御装置６のシーケンサ部６−２と保護装置８とから出力される電源遮断器４への開指令でマルチパス発生器９を駆動する手段を設けている。その他は図１に示す第1の実施の形態と同様である。
【００２５】
このような構成とすることとにより、界磁側過電圧の大きさに依存せず、電源遮断器４が開極する時にマルチパルス発生器９のマルチパルスにより過電圧保護装置５のスイッチング素子５−４がオンし、放電抵抗器５−５に界磁電流を流し、通電状態にある二相主極にアークが集中してもこのエネルギーを過電圧保護装置５で吸収し、電源遮断器の損傷、焼損を防ぐと共に界磁側過電圧から界磁巻線を保護する。
【００２６】
図４は本発明の第４の実施の形態を示す図で、図３に示す第３の実施の形態と同一部分は同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
本実施の形態においては、制御装置６のシーケンサ部６−２と保護装置８とから出力される電源遮断器４への開指令を制御装置６のＡＶＲ部６−１に入力し、この開指令を基に制御装置６のＡＶＲ部６−１に設けられ、電力変換器２で界磁電流を絞る手段（ゲートシフト；ＧＳ）６−１−１により界磁電流を絞っている。その他は図３に示す第３の実施の形態と同様である。
【００２７】
このような構成とすることにより第３の実施の形態の作用に加えて、界磁電流が絞られた状態で界磁エネルギーを過電圧保護装置５で吸収するので、電源遮断器の負担を軽減することができる。
【００２８】
図５は本発明の第５の実施の形態を示す図で、図３に示す第３の実施の形態と同一部分は同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
本実施の形態においては、電源遮断器４が開極を完了した時に出力する電源遮断器４の開極信号をマルチパルス発生器９に入力し、この開極信号に従ってマルチパス発生器９を停止させる手段を設けている。その他は図３に示す第３の実施の形態と同様である。
【００２９】
このような構成とすることにより、界磁側過電圧の大きさに依存せず、電源遮断器４が開極する時に開指令から開極までの必要な時間だけ過電圧保護装置５のスイッチング素子５−４がオンし、放電抵抗器５に界磁電流を流し、通電状態にある二相主極にアークが集中してもこのエネルギーを過電圧保護装置５で吸収し、電源遮断器の損傷、焼損を防ぐと共に界磁側過電圧から界磁巻線を保護する。
【００３０】
図６は本発明の第６の実施の形態を示す図で、図５に示す第５の実施の形態と同一部分は同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
本実施の形態においては、制御装置６のシーケンサ部６−２と保護装置８とから出力される電源遮断器４への開指令を制御装置６のＡＶＲ部６−１に入力し、、この開指令を基に制御装置６のＡＶＲ部６−１に設けられ、電力変換器２で界磁電流を絞る手段（ゲートシフト；ＧＳ）６−１−１により界磁電流を絞っている。その他は図５に示す第５の実施の形態と同様である。
【００３１】
このような構成とすることにより、第５の実施の形態の作用に加え、界磁電流が絞られた状態で界磁エネルギーを過電圧保護装置５で吸収するので、電源遮断器の負担を軽減することができる。
【００３２】
図７は本発明の第７の実施の形態を示す図で、図５に示す第５の実施の形態と同一部分は同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
本実施の形態においては、電源遮断器４の開極信号をオンディレイタイマー１０を介してマルチパルス発生器９に入力し、この信号に従ってマルチパス発生器９を電源遮断器４への開極からタイミングを遅らせて停止させる手段を設けている。その他は図５に示す第５の実施の形態と同様である。
【００３３】
このような構成とすることにより、界磁側過電圧の大きさに依存せず、電源遮断器４が開極する時に開指令から開極までの必要な時間と界磁電流が充分減衰するまでの時間だけ過電圧保護装置５にあるスイッチング素子５−４がオンし、放電抵抗器５−５に界磁電流を流し、界磁エネルギーを過電圧保護装置５で吸収する。
【００３４】
図８は本発明の第８の実施の形態を示す図で、図７に示す第７の実施の形態と同一部分は同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
本実施の形態においては、制御装置６のシーケンサ部６−２と保護装置８とから出力される電源遮断器４への開指令を制御装置６のＡＶＲ部分６−１に入力し、この開指令を基に制御装置６のＡＶＲ部６−１に設けられ、電力変換器２で界磁電流を絞る手段（ゲートシフト；ＧＳ）６−６−１により界磁電流を絞っている。その他は図７に示す第７の実施の形態と同様である。
【００３５】
このような構成とすることにより、第７の実施の形態の作用に加え、界磁電流が絞られた状態で界磁エネルギーを過電圧保護装置５で吸収するので、電源遮断器の負担を軽減することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、同期機の界磁側を励磁する電力変換器と、電力変換器と同期機の電機子端とを接続する三相交流遮断器より成る電源遮断器と、同期機の界磁側に接続された過電圧検出器、この過電圧検出器の出力信号により動作するスイッチング素子、このスイッチング素子に接続された放電抵抗器とからなる過電圧保護装置と、電力変換器を操作端として同期機の電機子側電圧を目標値に制御する手段および電源遮断器に開／閉指令を与える手段とを設けた制御装置と、同期機を保護するために電源遮断器に開指令を与える保護装置とからなる同期機の励磁制御装置において、電源遮断器への開指令により過電圧保護装置を動作させるようにしたので、電源遮断器の開閉状態に左右されることなく、界磁側過電圧を確実に吸収して動作信頼性の高い同期機の励磁制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による同期機の励磁制御装置を示す結線図。
【図２】本発明の第２の実施の形態による同期機の励磁制御装置を示す結線図。
【図３】本発明の第３の実施の形態による同期機の励磁制御装置を示す結線図。
【図４】本発明の第４の実施の形態による同期機の励磁制御装置を示す結線図。
【図５】本発明の第５の実施の形態による同期機の励磁制御装置を示す結線図。
【図６】本発明の第６の実施の形態による同期機の励磁制御装置を示す結線図。
【図７】本発明の第７の実施の形態による同期機の励磁制御装置を示す結線図。
【図８】本発明の第８の実施の形態による同期機の励磁制御装置を示す結線図。
【図９】従来の同期機の励磁制御装置を示す結線図。
【符号の説明】
１…同期機、２…電力変換器、３…励磁変圧器、４…電源遮断器、５…過電圧保護装置、５−１，５−３…過電圧検出器、５−２，５−４…スイッチング素子、６…制御装置、６−１…ＡＶＲ部、６−２シーケンサ部、７…電圧検出器８…保護装置、９…マルチパルス発生器、１０…オンディレイタイマー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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