El relé que cambió la industria energética

Durante más de un siglo, las empresas de servicios públicos han utilizado relés electromecánicos para proteger los sistemas de energía contra daños que podrían ocurrir durante condiciones climáticas adversas, accidentes y otras condiciones anormales. Pero los relés no pudieron localizar las fallas ni registrar con precisión lo que sucedió.

Luego, en 1977, Edmund O. Schweitzer III inventó el relé basado en microprocesador digital como parte de su tesis doctoral. El relé de Schweitzer, que podía localizar una falla dentro del radio de 1 kilómetro, estableció nuevos estándares para la confiabilidad, seguridad y eficiencia de los servicios públicos.

Empleador:

Laboratorios de Ingeniería Schweitzer

Título:

Presidente y CTO

Grado de miembro:

Compañero vitalicio

alma mater:

Universidad Purdue, West Lafayette, Indiana; Universidad Estatal de Washington, Pullman

Para desarrollar y fabricar su relé, lanzó Schweitzer Engineering Laboratories en 1982 desde su sótano en Pullman, Washington. Hoy, SEL fabrica cientos de productos que protegen, monitorean, controlan y automatizan los sistemas de energía eléctrica en más de 165 países.

Schweitzer, un IEEE Life Fellow, es el presidente y director de tecnología de su compañía. Empezó SEL con siete trabajadores; ahora tiene más de 6.000.

La empresa propiedad de los empleados de 40 años sigue creciendo. Tiene cuatro plantas de fabricación en los Estados Unidos. El más nuevo, que abrió en marzo en Moscú, Idaho, fabrica placas de circuito impreso.

Schweitzer ha recibido muchos elogios por su trabajo, incluida la Medalla IEEE 2012 en ingeniería eléctrica. En 2019 fue incluido en el Salón de la Fama de Inventores Nacionales de EE. UU.

Las fallas del sistema de energía pueden ocurrir cuando un árbol o un vehículo golpea una línea eléctrica, un operador de la red comete un error o falla el equipo. La falla desvía corriente adicional a algunas partes del circuito, lo que provoca un cortocircuito.

Si no se instala un esquema o dispositivo adecuado con el objetivo de proteger los equipos y garantizar la continuidad del suministro eléctrico, un corte o apagón podría propagarse por toda la red.

Sin embargo, la sobrecorriente no es el único daño que puede ocurrir. Las fallas también pueden cambiar los voltajes, las frecuencias y la dirección de la corriente.

Un esquema de protección debe aislar rápidamente la falla del resto de la red, limitando así el daño en el lugar y evitando que la falla se extienda al resto del sistema. Para ello, se deben instalar dispositivos de protección.

Ahí es donde entra en juego el relé basado en microprocesador digital de Schweitzer. Lo perfeccionó en 1982. Posteriormente se comercializó y vendió como el relé de distancia digital/localizador de fallas SEL-21.

Schweitzer dice que su relevo se inspiró, en parte, en un evento que tuvo lugar durante su primer año de universidad.

"En 1965, cuando era estudiante de primer año en la Universidad de Purdue, un gran apagón dejó a millones de personas sin electricidad durante horas en el noreste de EE. UU. y en Ontario, Canadá", recuerda. "Fue todo un evento, y lo recuerdo bien. Aprendí muchas lecciones de él. Una fue lo difícil que fue restaurar la energía".

Dice que también se inspiró en el libro Relés de protección: su teoría y práctica. Lo leyó cuando era estudiante de ingeniería en la Universidad Estatal de Washington, en Pullman.

"Compré el libro el jueves antes de que comenzaran las clases y lo leí durante el fin de semana", dice. "No podía dejarlo. Estaba enganchado.

"Me di cuenta de que estos dispositivos de estado sólido eran procesadores de señales de propósito especial. Leían el voltaje y la corriente de los sistemas de energía y decidían si los aparatos de los sistemas de energía estaban funcionando correctamente. Empecé a pensar en cómo podría tomar lo que sabía sobre procesamiento de señales digitales y ponerlo a trabajar dentro de un microprocesador para proteger un sistema de energía eléctrica".

Los microprocesadores de 4 y 8 bits eran nuevos en ese momento.

"Creo que así es como comienzan la mayoría de los inventos: tomando una tecnología y combinándola con otra para hacer cosas nuevas", dice. "Los inventores del microprocesador no tenían idea de todo el tipo de cosas para las que la gente lo usaría. Es asombroso".

Dice que conoció el procesamiento de señales, el análisis de señales y el uso de técnicas digitales en 1968, mientras trabajaba para el Departamento de Defensa de EE. UU. en Fort Meade, Maryland, en su primer trabajo.

Formas más rápidas de eliminar fallas y mejorar la ciberseguridad

Schweitzer continúa inventando formas de proteger y controlar los sistemas de energía eléctrica. En 2016, su empresa lanzó el SEL-T400L, que muestrea un sistema de energía cada microsegundo para detectar el tiempo entre las ondas viajeras que se mueven a la velocidad de la luz. La idea es detectar y localizar rápidamente fallas en las líneas de transmisión.

El relé decide si disparar un circuito o tomar otras acciones en 1 a 2 milisegundos. Anteriormente, se necesitaría un relé de protección del orden de 16 ms. Un disyuntor típico tarda entre 30 y 40 ms en dispararse en circuitos de CA de alto voltaje.

"Los inventores del microprocesador no tenían idea de todo el tipo de cosas para las que la gente lo usaría. Es asombroso".

"Me gusta hablar sobre la necesidad de velocidad", dice Schweitzer. "Hoy en día, no hay razón para esperar para despejar una falla. Un disparo más rápido es una gran oportunidad desde el punto de vista de la estabilidad del voltaje y el ángulo, la seguridad, la reducción del riesgo de incendio y el daño a los equipos eléctricos.

"También vamos a poder sacar mucho más provecho de la infraestructura existente disparando más rápido. Por cada milisegundo de tiempo de limpieza ahorrado, los límites de estabilidad del sistema de transmisión aumentan en 15 megavatios. Eso es aproximadamente un alimentador por milisegundo. Entonces, si ahorramos 12 ms, de repente podemos atender 12 alimentadores de distribución más desde una parte de un sistema de transmisión".

La tecnología en el dominio del tiempo también encontrará aplicaciones en esquemas de protección de transformadores y distribución, dice, además de tener un impacto significativo en la transmisión de CC.

Lo que entusiasma a Schweitzer hoy, dice, es el concepto de paquetes de energía, en el que él y SEL han estado trabajando. Los paquetes miden el intercambio de energía para todas las señales, incluidos los sistemas de CA distorsionados o las redes de CC.

"Los paquetes de energía miden con precisión la transferencia de energía, independientemente de la frecuencia o el ángulo de fase, y se actualizan a una tasa fija con una referencia de tiempo común, como cada milisegundo", dice. "Los paquetes de energía en el dominio del tiempo brindan la oportunidad de acelerar los sistemas de control y medir con precisión la energía en sistemas distorsionados, lo que desafía los métodos tradicionales de cálculo en el dominio de la frecuencia".

También se está enfocando en mejorar la confiabilidad de las redes de infraestructura crítica al mejorar la seguridad cibernética, la conciencia situacional y el rendimiento. Las redes plug-and-play y de mejor esfuerzo no son lo suficientemente seguras para la infraestructura crítica, dice.

"La tecnología SEL OT SDN resuelve algunos problemas importantes de ciberseguridad", dice, "y, francamente, me hace sentir cómodo por primera vez con el uso de Ethernet en una subestación".

Schweitzer no comenzó planeando lanzar su propia empresa. Comenzó una carrera exitosa en el mundo académico en 1977 después de unirse a la facultad de ingeniería eléctrica en la Universidad de Ohio, en Atenas. Dos años más tarde, se mudó a Pullman, Washington, donde enseñó en el Voiland College of Engineering and Architecture del estado de Washington durante los siguientes seis años. Fue solo después del despegue de las ventas del SEL-21 que decidió dedicarse a tiempo completo a su startup.

No sorprende que Schweitzer se convirtiera en inventor y comenzara su propia empresa, ya que su padre y su abuelo eran inventores y empresarios.

Su abuelo, Edmund O. Schweitzer, que poseía 87 patentes, inventó el primer fusible confiable de alto voltaje en colaboración con Nicholas J. Conrad en 1911, el año en que los dos fundaron Schweitzer y Conrad, hoy conocida como S&C Electric Co., en Chicago. .

El padre de Schweitzer, Edmund O. Schweitzer Jr., tenía 208 patentes. Inventó varios dispositivos indicadores de fallas alimentados por línea y fundó EO Schweitzer Manufacturing Co. en 1949. Ahora es parte de SEL.

Schweitzer dice que un amigo le dio el mejor consejo financiero que jamás haya recibido para iniciar un negocio: ahorre su dinero.

"Estoy muy orgulloso de que nuestra empresa de más de 6000 personas sea 100 por ciento propiedad de los empleados", dice Schweitzer. "Queremos invertir en el futuro, por lo que reinvertimos nuestros ahorros en crecimiento".

Aconseja a aquellos que planean iniciar un negocio que se concentren en sus clientes y creen valor para ellos.

"Libere su creatividad", dice, "y comprométase con los clientes. Además, descubra cómo contribuir a la sociedad y hacer del mundo un lugar mejor".