Эстафета, изменившая энергетику

Уже более века коммунальные предприятия используют электромеханические реле для защиты энергосистем от повреждений, которые могут возникнуть при неблагоприятных погодных условиях, авариях и других нештатных ситуациях. Но реле не могли ни локализовать неисправности, ни точно записать, что произошло.

Затем, в 1977 г. Эдмунд О. Швейцер III изобрел цифровое реле на основе микропроцессора в рамках своей докторской диссертации. Реле Швейцера, которое могло обнаружить неисправность в радиусе 1 километра, установило новые стандарты надежности, безопасности и эффективности энергоснабжения.

Для разработки и производства своего реле он запустил Инженерные лаборатории Швейцера в 1982 году в своем подвале в Пуллмане, штат Вашингтон. Сегодня SEL производит сотни продуктов для защиты, контроля, управления и автоматизации электроэнергетических систем в более чем 165 странах.

Швейцер, член IEEE Life Fellow, является президентом и главным техническим директором своей компании. Он начал SEL с семью работниками; сейчас их более 6000.

Компания с 40-летней историей, принадлежащая сотрудникам, продолжает расти. У компании четыре производственных предприятия в США. Его новейшее предприятие, открывшееся в марте в Москве, штат Айдахо, занимается изготовлением печатных плат.

Швейцер получил множество наград за свою работу, в том числе Медаль IEEE 2012 г. в области энергетики. В 2019 году он был введен в должность в США. Национальный зал славы изобретателей.

Достижения в области силовой электроники

Неисправности энергосистемы могут произойти, когда дерево или транспортное средство задевают линию электропередач, ошибка оператора сети или отказ оборудования. Неисправность направляет дополнительный ток на некоторые части цепи, замыкая ее.

Если нет надлежащей схемы или устройства, установленного с целью защиты оборудования и обеспечения непрерывности электроснабжения, сбой или отключение электроэнергии может распространиться по всей сети.

Однако перегрузка по току — не единственное повреждение, которое может произойти. Неисправности также могут изменять напряжения, частоты и направление тока.

Схема защиты должна быстро изолировать неисправность от остальной сети, тем самым ограничивая ущерб на месте и предотвращая распространение неисправности на остальную часть системы. Для этого необходимо установить защитные устройства.

Вот где на помощь приходит цифровое реле Швейцера на базе микропроцессора. Он усовершенствовал его в 1982 году. Позднее оно было коммерциализировано и продавалось как цифровое дистанционное реле/локатор повреждений SEL-21.

Вдохновленный книгой по затемнению и защитным реле

Швейцер говорит, что его эстафета отчасти была вдохновлена ​​событием, которое произошло во время его первого года обучения в колледже.

«Еще в 1965 году, когда я был первокурсником в Университет Пердью, крупное отключение электричества на несколько часов оставило без электричества миллионы людей на северо-востоке США и в Онтарио, Канада», — вспоминает он. «Это было настоящее событие, и я хорошо его помню. Я извлек из этого много уроков. Во-первых, насколько сложно было восстановить электроэнергию».

Он говорит, что его также вдохновила книга Реле защиты: их теория и практика. Он читал ее, когда был аспирантом инженерного факультета Университет штата Вашингтонв Пуллмане.

«Я купил книгу в четверг перед началом занятий и прочитал ее на выходных, — говорит он. «Я не мог оторваться. Я был на крючке.

«Я понял, что эти твердотельные устройства были специальными сигнальными процессорами. Они считывали напряжение и ток с энергосистем и решали, правильно ли работают аппараты энергосистем. Я начал думать о том, как я мог бы взять то, что я знал о цифровой обработке сигналов, и заставить его работать внутри микропроцессора для защиты системы электроснабжения».

В то время 4-битные и 8-битные микропроцессоры были новинкой.

«Я думаю, именно так начинается большинство изобретений: берут одну технологию и соединяют ее с другой, чтобы создавать новые вещи», — говорит он. «Изобретатели микропроцессора понятия не имели, для чего люди будут его использовать. Это потрясающе».

Он говорит, что познакомился с обработкой сигналов, анализом сигналов и использованием цифровых технологий в 1968 году, когда работал на своей первой работе в США. Министерство обороны в Форт-Мид, штат Мэриленд.

Более быстрые способы устранения сбоев и улучшения кибербезопасности

Швейцер продолжает изобретать способы защиты и управления электроэнергетическими системами. В 2016 году его компания выпустила CELL-T400L, который измеряет энергосистему каждую микросекунду, чтобы определить время между бегущими волнами, движущимися со скоростью света. Идея состоит в том, чтобы быстро обнаруживать и локализовать неисправности линии передачи.

Реле решает, разомкнуть цепь или предпринять другие действия за 1–2 миллисекунды. Раньше для реле защиты требовалось порядка 16 мс. Для срабатывания типичного автоматического выключателя в высоковольтных цепях переменного тока требуется от 30 до 40 мс.

«Изобретатели микропроцессора понятия не имели, для чего люди будут его использовать. Это потрясающе».

«Мне нравится говорить о необходимости скорости, — говорит Швейцер. «В наши дни нет причин ждать, чтобы устранить неисправность. Более быстрое отключение — это огромная возможность с точки зрения стабильности напряжения и угла, безопасности, снижения риска возгорания и повреждения электрооборудования.

«Мы также сможем получить гораздо больше от существующей инфраструктуры за счет более быстрого отключения. Каждая миллисекунда сэкономленного времени очистки увеличивает пределы устойчивости системы передачи на 15 мегаватт. Это примерно один фидер в миллисекунду. Таким образом, если мы сэкономим 12 мс, мы внезапно сможем обслуживать еще 12 распределительных фидеров из одной части одной системы передачи».

По его словам, технология временной области также найдет применение в схемах защиты трансформаторов и распределительных сетей, а также окажет значительное влияние на передачу постоянного тока.

По его словам, сегодня Швейцера волнует концепция энергетических пакетов, над которой он и SEL работали. Пакеты измеряют обмен энергией для всех сигналов, включая искаженные системы переменного тока или сети постоянного тока.

«Энергетические пакеты точно измеряют передачу энергии, независимо от частоты или фазового угла, и обновляются с фиксированной скоростью с общей привязкой ко времени, например, каждую миллисекунду», — говорит он. «Энергетические пакеты во временной области дают возможность ускорить системы управления и точно измерить энергию в системах с искажениями, что бросает вызов традиционным методам расчета в частотной области».

Он также занимается повышением надежности критически важных сетей инфраструктуры за счет улучшения кибербезопасности, ситуационной осведомленности и производительности. По его словам, Plug-and-play и сетевые решения с максимальной эффективностью недостаточно безопасны для критической инфраструктуры.

“ВЫБЕРИТЕ SDN Технология решает некоторые важные проблемы кибербезопасности, — говорит он, — и, честно говоря, я впервые чувствую себя комфортно при использовании Ethernet на подстанции».

От профессора инженерного дела до изобретателя

Швейцер не планировал запускать собственную компанию. Он начал успешную карьеру в академических кругах в 1977 году после поступления на электротехнический факультет в Университет Огайо, в Афинах. Два года спустя он переехал в Пуллман, штат Вашингтон, где преподавал в Штат ВашингтонVoiland College of Engineering and Architecture на следующие шесть лет. Только после того, как продажи SEL-21 взлетели, он решил полностью посвятить себя своему стартапу.

Неудивительно, что Швейцер стал изобретателем и основал собственную компанию, поскольку его отец и дед были изобретателями и предпринимателями.

Его дедушка, Эдмунд О. Швейцеробладатель 87 патентов, изобрел первый надежный высоковольтный предохранитель в сотрудничестве с Николасом Дж. Конрадом в 1911 году, когда они основали компанию Швейцер и Конрад, известную сегодня как С&С Электрик Ко.— в Чикаго.

отец Швейцера, Эдмунд О. Швейцер мл., имел 208 патентов. Он изобрел несколько устройств индикации неисправностей с питанием от сети и основал ЭО Швейцер Мануфактуринг Ко. в 1949 году. Сейчас он является частью SEL.

Швейцер говорит, что друг дал ему лучший финансовый совет, который он когда-либо получал при открытии бизнеса: экономьте деньги.

«Я так горжусь тем, что наша компания, в которой работает более 6000 человек, на 100% принадлежит сотрудникам, — говорит Швейцер. «Мы хотим инвестировать в будущее, поэтому мы реинвестируем наши сбережения в рост».

Он советует тем, кто планирует начать бизнес, сосредоточиться на своих клиентах и ​​создавать для них ценность.

«Дайте волю своему творчеству, — говорит он, — и общайтесь с клиентами. Кроме того, выясните, как внести свой вклад в общество и сделать мир лучше».