電力業界を変えたリレー

1 世紀以上にわたり、電力会社は、悪天候、事故、その他の異常事態時に発生する可能性のある損傷から電力システムを保護するために電気機械リレーを使用してきました。 しかし、リレーは故障箇所を特定することも、何が起こったのかを正確に記録することもできませんでした。

その後、1977 年にエドムント O. シュバイツァー 3 世が博士論文の一部としてデジタル マイクロプロセッサ ベースのリレーを発明しました。 半径 1 キロメートル以内の故障箇所を特定できるシュバイツァーのリレーは、電力会社の信頼性、安全性、効率性の新たな基準を設定しました。

雇用者：

シュバイツァーエンジニアリング研究所

タイトル：

社長兼CTO

会員グレード：

ライフフェロー

母校:

パデュー大学、インディアナ州ウェストラファイエット、 ワシントン州立大学プルマン校

リレーを開発および製造するために、彼は 1982 年にワシントン州プルマンの自宅地下室からシュバイツァー エンジニアリング ラボラトリーズを立ち上げました。現在、SEL は 165 か国以上で電力システムを保護、監視、制御、自動化する数百もの製品を製造しています。

IEEE Life Fellow であるシュバイツァーは、彼の会社の社長兼最高技術責任者です。 彼は 7 人の従業員とともに SEL を設立しました。 現在では 6,000 を超えています。

従業員所有の創業 40 年の会社は成長を続けています。 米国内に 4 つの製造施設を持っています。 3月にアイダホ州モスクワにオープンした最新の工場では、プリント基板を製造している。

シュバイツァーは、2012 年の電力工学分野の IEEE メダルなど、その業績により多くの賞を受賞しています。 2019 年に彼は米国発明家殿堂入りを果たしました。

電力システムの障害は、樹木や車両が送電線にぶつかったり、送電網のオペレーターがミスをしたり、機器が故障したりしたときに発生する可能性があります。 この障害により余分な電流が回路の一部に分流され、回路が短絡します。

機器を保護し、電力供給の継続を確保する目的で適切な計画や装置が設置されていない場合、停電や停電が系統全体に広がる可能性があります。

ただし、発生する可能性のある損傷は過電流だけではありません。 故障により、電圧、周波数、電流の方向が変化することもあります。

保護スキームは、障害をグリッドの残りの部分から迅速に分離して、その場での損傷を制限し、障害がシステムの他の部分に広がるのを防ぐ必要があります。 そのためには、保護装置を設置する必要があります。

そこでシュバイツァーのデジタル マイクロプロセッサ ベースのリレーが登場します。彼は 1982 年にそれを完成させました。その後、これは商品化され、SEL-21 デジタル距離リレー/故障探知器として販売されました。

シュバイツァーは、彼のリレーは大学1年生の時に起こった出来事にインスピレーションを得た部分もあったと語る。

「1965年、私がパデュー大学の新入生だったとき、大規模な停電により、米国北東部とカナダのオンタリオ州で何百万人もの人々が何時間も停電しました」と彼は思い出します。 「それは非常に大きな出来事でした。私はそれをよく覚えています。私はそこから多くの教訓を学びました。その一つは、電力を復旧することがいかに難しいかということでした。」

彼は、『保護リレー: その理論と実践』という本からもインスピレーションを受けたと述べています。 彼はプルマンにあるワシントン州立大学の工学部大学院生だったときにこの本を読みました。

「授業が始まる前の木曜日に本を買って、週末に読みました」と彼は言います。 「もうやめられなかった。夢中になってしまった。

「これらのソリッドステート デバイスが特殊な目的の信号プロセッサであることに気づきました。これらは電力システムから電圧と電流を読み取り、電力システムの機器が正しく動作しているかどうかを判断します。私は、これまでに知っていることをどのように活用できるかを考え始めました。デジタル信号処理をマイクロプロセッサ内で実行して電力システムを保護します。」

4 ビットおよび 8 ビットのマイクロプロセッサは当時は新しいものでした。

「ほとんどの発明はこうやって始まるのだと思います。ある技術を取り出して、それを別の技術と組み合わせて新しいものを作るのです」と彼は言う。 「マイクロプロセッサの発明者は、人々がマイクロプロセッサをどのような用途に使用するのか全く知りませんでした。これは驚くべきことです。」

彼は、1968 年にメリーランド州のフォート・ミードにある米国国防総省で最初の仕事をしていたときに、信号処理、信号分析、およびデジタル技術の使用方法について学びました。

障害を解決し、サイバーセキュリティを向上させるより迅速な方法

シュバイツァーは、電力システムを保護および制御する方法の発明を続けています。 2016 年に彼の会社は、電力システムをマイクロ秒ごとにサンプリングして光の速度で移動する進行波の間隔を検出する SEL-T400L をリリースしました。 その目的は、送電線の障害を迅速に検出して位置を特定することです。

リレーは、1 ～ 2 ミリ秒以内に回路をトリップするか、他のアクションを実行するかを決定します。 以前は、保護リレーに約 16 ミリ秒かかりました。 高電圧 AC 回路では、一般的な回路ブレーカーがトリップするまでに 30 ～ 40 ミリ秒かかります。

「マイクロプロセッサの発明者は、人々がマイクロプロセッサをどのような用途に使用するのか全く知りませんでした。これは驚くべきことです。」

「私はスピードの必要性について話すのが好きです」とシュバイツァーは言う。 「今の時代、故障の解消を待つ理由はありません。電圧と角度の安定性、安全性、火災の危険性の軽減、電気機器への損傷の観点から、トリップの高速化は非常に大きなチャンスです。

「また、トリップ速度を速くすることで、既存のインフラストラクチャからさらに多くのことを活用できるようになります。クリア時間が 1 ミリ秒節約されるごとに、送電システムの安定性の限界が 15 メガワットずつ増加します。これは、1 ミリ秒あたり約 1 つのフィーダに相当します。つまり、 12 ミリ秒を節約できれば、突然、1 つの伝送システムの 1 つの部分からさらに 12 の配電フィーダにサービスを提供できるようになります。」

タイムドメイン技術は、直流送電に大きな影響を与えるだけでなく、変圧器や配電保護方式にも応用できるだろうと同氏は言う。

現在、シュバイツァー氏を興奮させているのは、彼と SEL が取り組んでいるエネルギー パケットの概念である、と彼は言います。 パケットは、歪んだ AC システムや DC ネットワークを含むすべての信号のエネルギー交換を測定します。

「エネルギーパケットは、周波数や位相角に関係なく、エネルギー伝達を正確に測定し、ミリ秒ごとなどの共通の時間基準を使用して固定レートで更新します」と彼は言います。 「時間領域のエネルギー パケットは、制御システムを高速化し、歪んだシステムのエネルギーを正確に測定する機会を提供します。これは、従来の周波数領域の計算方法に課題をもたらします。」

また、サイバーセキュリティ、状況認識、パフォーマンスを向上させることにより、重要なインフラストラクチャ ネットワークの信頼性を向上させることにも注力しています。 プラグアンドプレイとベストエフォートのネットワーキングは、重要なインフラストラクチャにとって十分に安全ではないと彼は言います。

「SEL OT SDN テクノロジーは、いくつかの重大なサイバーセキュリティ問題を解決します。率直に言って、変電所でイーサネットを使用するのが初めてで安心しました。」と彼は言います。

シュバイツァー氏は、最初から自分の会社を立ち上げる計画を立てていたわけではありません。 彼は、アテネのオハイオ大学の電気工学部に入学した後、1977 年に学界で成功したキャリアをスタートさせました。 2 年後、ワシントン州プルマンに移り、その後 6 年間ワシントン州ボイランド工学建築大学で教鞭を執りました。 彼がフルタイムでスタートアップに専念することを決心したのは、SEL-21 の販売が軌道に乗ってからでした。

シュバイツァーの父と祖父が発明家で起業家だったため、シュバイツァーが発明家になり、自分の会社を設立したことは少しも驚くべきことではありません。

87 件の特許を保有していた彼の祖父、エドモンド O. シュバイツァーは、1911 年にニコラス J. コンラッドと共同で最初の信頼性の高い高電圧ヒューズを発明しました。この年に二人はシカゴにシュバイツァー アンド コンラッド (現在は S&C Electric Co. として知られています) を設立しました。 。

シュバイツァーの父、エドモンド・O・シュバイツァー・ジュニアは208件の特許を取得していた。 彼はいくつかの電源供給の故障表示装置を発明し、1949 年に EO Schweitzer Manufacturing Co. を設立しました。同社は現在 SEL の一部です。

シュバイツァーさんは、友人が起業に関してこれまでに得た最高の経済的アドバイスをくれた、「お金を節約しなさい」と語った。

「従業員 6,000 人を超える当社が 100% 従業員所有であることをとても誇りに思います」とシュバイツァー氏は言います。 「私たちは将来に投資したいので、貯蓄を成長に再投資します。」

彼は、ビジネスを始めようとしている人たちに、顧客に焦点を当て、顧客のための価値を創造するようアドバイスしています。

「創造力を発揮し、顧客と関わりましょう。また、社会に貢献し、世界をより良い場所にする方法を見つけてください。」と彼は言います。