التتابع الذي غير صناعة الطاقة

لأكثر من قرن من الزمان ، استخدمت شركات المرافق المرحلات الكهروميكانيكية لحماية أنظمة الطاقة من الأضرار التي قد تحدث أثناء الطقس القاسي والحوادث والظروف غير الطبيعية الأخرى. لكن المرحلات لم تتمكن من تحديد موقع العيوب أو تسجيل ما حدث بدقة.

ثم في عام 1977 ، اخترع Edmund O. Schweitzer III التتابع الرقمي المعتمد على المعالجات الدقيقة كجزء من أطروحة الدكتوراه الخاصة به. مرحل شفايتسر ، الذي يمكنه تحديد موقع خطأ داخل دائرة نصف قطرها كيلومتر واحد ، يضع معايير جديدة لموثوقية المرافق والسلامة والكفاءة.

لتطوير وتصنيع التتابع الخاص به ، أطلق مختبرات شفايتزر الهندسية في عام 1982 من قبو منزله في بولمان ، واشنطن. اليوم تقوم SEL بتصنيع مئات المنتجات التي تحمي أنظمة الطاقة الكهربائية وتراقبها وتتحكم فيها وأتمتتها في أكثر من 165 دولة.

شفايتسر ، زميل IEEE Life Fellow ، هو رئيس شركته ومديرها التكنولوجي. بدأ SEL مع سبعة عمال. لديها الآن أكثر من 6000.

تستمر الشركة المملوكة للموظفين البالغة من العمر 40 عامًا في النمو. لديها أربعة مرافق تصنيع في الولايات المتحدة. أحدثها ، الذي افتتح في مارس في موسكو ، أيداهو ، يصنع لوحات الدوائر المطبوعة.

حصل شفايتزر على العديد من الجوائز التقديرية لعمله ، بما في ذلك ميدالية IEEE لعام 2012 في هندسة الطاقة. في عام 2019 ، تم تجنيده في قاعة مشاهير المخترعين الوطنية الأمريكية.

التقدم في إلكترونيات الطاقة

يمكن أن تحدث أعطال في نظام الطاقة عندما تصطدم شجرة أو مركبة بخط طاقة ، أو يرتكب مشغل الشبكة خطأ ، أو تعطل المعدات. يحول الخطأ تيارًا إضافيًا إلى بعض أجزاء الدائرة ، مما يؤدي إلى تقصيرها.

إذا لم يكن هناك مخطط أو جهاز مناسب مثبت بهدف حماية المعدات وضمان استمرارية مصدر الطاقة ، فقد ينتشر انقطاع التيار الكهربائي أو انقطاع التيار الكهربائي في جميع أنحاء الشبكة.

ومع ذلك ، فإن زيادة التيار ليس الضرر الوحيد الذي يمكن أن يحدث. يمكن للأعطال أيضًا تغيير الفولتية والترددات واتجاه التيار.

يجب أن يقوم مخطط الحماية بعزل الخطأ بسرعة عن بقية الشبكة ، وبالتالي الحد من الضرر على الفور ومنع الخطأ من الانتشار إلى بقية النظام. للقيام بذلك ، يجب تثبيت أجهزة الحماية.

وهنا يأتي دور مرحل شفايتسر الرقمي المعتمد على المعالجات الدقيقة. لقد أتقن ذلك في عام 1982. وتم تسويقه لاحقًا وبيعه باعتباره جهاز تحديد موقع / محدد موقع الأعطال SEL-21.

مستوحى من كتاب التعتيم والترحيل الواقي

يقول شفايتسر إن انتقاله كان مستوحى جزئيًا من حدث وقع خلال سنته الأولى في الكلية.

يتذكر قائلاً: “في عام 1965 ، عندما كنت طالبًا جديدًا في جامعة بوردو ، تسبب انقطاع التيار الكهربائي الكبير في انقطاع التيار الكهربائي عن الملايين لساعات في شمال شرق الولايات المتحدة وأونتاريو بكندا”. “لقد كان حدثًا رائعًا ، وأتذكره جيدًا. لقد تعلمت الكثير من الدروس منه. الأول هو مدى صعوبة استعادة السلطة “.

يقول إنه استوحى أيضًا من الكتاب المرحلات الوقائية: نظريتها وتطبيقاتها. قرأها عندما كان طالب دراسات عليا في الهندسة في جامعة ولاية واشنطن في بولمان.

يقول: “اشتريت الكتاب يوم الخميس قبل بدء الدراسة وقرأته في عطلة نهاية الأسبوع”. “أنا لم أستطع وضعها. كنت مدمن مخدرات.

“أدركت أن أجهزة الحالة الصلبة هذه كانت معالجات إشارة ذات أغراض خاصة. قرأوا الجهد والتيار من أنظمة الطاقة وقرروا ما إذا كانت أجهزة أنظمة الطاقة تعمل بشكل صحيح. بدأت أفكر في كيفية أخذ ما أعرفه عن معالجة الإشارات الرقمية وتشغيله داخل معالج دقيق لحماية نظام الطاقة الكهربائية. ”

كانت المعالجات الدقيقة 4 بت و 8 بت جديدة في ذلك الوقت.

يقول: “أعتقد أن هذه هي الطريقة التي تبدأ بها معظم الاختراعات: أخذ تقنية ووضعها مع أخرى لصنع أشياء جديدة”. “لم يكن لدى مخترعي المعالج الدقيق أي فكرة عن جميع أنواع الأشياء التي قد يستخدمها الناس من أجلها. انه رائع.”

يقول إنه تعرّف على معالجة الإشارات ، وتحليل الإشارات ، وكيفية استخدام التقنيات الرقمية في عام 1968 عندما كان في وظيفته الأولى ، حيث كان يعمل في وزارة الدفاع الأمريكية في فورت ميد بولاية ماريلاند.

طرق أسرع لإزالة الأخطاء وتحسين الأمن السيبراني

يواصل شفايتسر ابتكار طرق لحماية أنظمة الطاقة الكهربائية والتحكم فيها. في عام 2016 ، أصدرت شركته SEL-T400L ، الذي يختبر نظام طاقة كل ميكروثانية لاكتشاف الوقت بين الموجات المتنقلة التي تتحرك بسرعة الضوء. تكمن الفكرة في اكتشاف أخطاء خطوط النقل وتحديد موقعها بسرعة.

يقرر التتابع ما إذا كان سيرحل في دائرة أو يتخذ إجراءات أخرى في غضون 1 إلى 2 مللي ثانية. في السابق ، كان الأمر يتطلب تتابعًا وقائيًا بترتيب 16 مللي ثانية. يستغرق قاطع الدائرة النموذجي من 30 إلى 40 مللي ثانية في دارات التيار المتردد عالية الجهد للرحلة.

“لم يكن لدى مخترعي المعالج الدقيق أي فكرة عن جميع أنواع الأشياء التي قد يستخدمها الناس من أجلها. انه رائع.”

يقول شفايتسر: “أحب أن أتحدث عن الحاجة إلى السرعة”. “في هذا اليوم وهذا العصر ، لا يوجد سبب للانتظار لإزالة خطأ. التعثر الأسرع هو فرصة هائلة من وجهة نظر استقرار الجهد والزاوية ، والسلامة ، والحد من مخاطر الحريق ، وتلف المعدات الكهربائية.

“سنكون أيضًا قادرين على تحقيق الكثير من البنية التحتية الحالية من خلال التعثر بشكل أسرع. لكل مللي ثانية يتم توفيرها في وقت التخليص ، ترتفع حدود استقرار نظام النقل بمقدار 15 ميجاوات. هذا حوالي وحدة تغذية واحدة لكل مللي ثانية. لذلك ، إذا وفرنا 12 مللي ثانية ، فسنكون فجأة قادرين على خدمة 12 مغذي توزيع آخر من جزء واحد من نظام نقل واحد. ”

كما يقول إن تقنية المجال الزمني سوف تجد أيضًا تطبيقات في أنظمة حماية المحولات والتوزيع ، فضلاً عن تأثيرها الكبير على نقل التيار المستمر.

ما يثير شفايتزر اليوم ، كما يقول ، هو مفهوم حزم الطاقة ، الذي عمل عليه هو و SEL. تقيس الحزم تبادل الطاقة لجميع الإشارات بما في ذلك أنظمة التيار المتردد المشوهة أو شبكات التيار المستمر.

“حزم الطاقة تقيس بدقة نقل الطاقة ، بغض النظر عن التردد أو زاوية الطور ، وتحديثها بمعدل ثابت مع مرجع زمني مشترك مثل كل مللي ثانية” ، كما يقول. “توفر حزم الطاقة في المجال الزمني فرصة لتسريع أنظمة التحكم وقياس الطاقة بدقة على الأنظمة المشوهة – مما يتحدى طرق حساب مجال التردد التقليدية.”

كما أنه يركز على تحسين موثوقية شبكات البنية التحتية الحيوية من خلال تحسين الأمن السيبراني والوعي بالأوضاع والأداء. يقول إن التوصيل والتشغيل والشبكات ذات الجهد الأفضل ليست آمنة بما يكفي للبنية التحتية الحيوية.

يقول: “تحل تقنية SEL OT SDN بعض مشكلات الأمن السيبراني المهمة ، وبصراحة ، تجعلني أشعر بالراحة لأول مرة عند استخدام الإيثرنت في محطة فرعية.”

من أستاذ هندسة إلى مخترع

لم يبدأ شفايتسر بالتخطيط لإطلاق شركته الخاصة. بدأ حياته المهنية الناجحة في الأوساط الأكاديمية عام 1977 بعد انضمامه إلى كلية الهندسة الكهربائية في جامعة أوهايو في أثينا. بعد ذلك بعامين ، انتقل إلى بولمان ، واشنطن ، حيث درس في كلية فويلاند للهندسة والعمارة بولاية واشنطن على مدى السنوات الست التالية. فقط بعد انطلاق مبيعات SEL-21 قرر تكريس نفسه لشركته الناشئة بدوام كامل.

ليس من المفاجئ أن يصبح شفايتسر مخترعًا وأنشأ شركته الخاصة ، حيث كان والده وجده من المخترعين ورجال الأعمال.

جده ، إدموند أو.شفايتسر ، الذي حصل على 87 براءة اختراع ، اخترع أول فتيل عالي الجهد يمكن الاعتماد عليه بالتعاون مع نيكولاس ج.كونراد في عام 1911 ، وهو العام الذي أسس فيه الاثنان شركة شفايتسر وكونراد – المعروفة اليوم باسم S&C Electric Co. – في شيكاغو .

كان والد شفايتسر ، إدموند أو شفايتسر جونيور ، لديه 208 براءات اختراع. اخترع العديد من أجهزة تحديد الأعطال التي تعمل بالخطوط ، وأسس شركة EO Schweitzer Manufacturing Co في عام 1949. وهي الآن جزء من SEL.

يقول شفايتسر إن أحد الأصدقاء قدّم له أفضل نصيحة مالية حصل عليها حول بدء عمل تجاري: وفر أموالك.

يقول شفايتسر: “أنا فخور جدًا بأن شركتنا التي يزيد عدد أفرادها عن 6000 شخص مملوكة بنسبة 100 بالمائة للموظفين”. “نريد الاستثمار في المستقبل ، لذلك نعيد استثمار مدخراتنا في النمو.”

ينصح أولئك الذين يخططون لبدء عمل تجاري بالتركيز على عملائهم وخلق قيمة لهم.

يقول: “أطلق العنان لإبداعك ، وتفاعل مع العملاء. أيضًا ، اكتشف كيفية المساهمة في المجتمع وجعل العالم مكانًا أفضل. ”