一個多世紀以來，公用事業公司一直使用機電繼電器來保護電力系統免受惡劣天氣、事故和其他異常情況下可能發生的損壞。但繼電器既不能定位故障，也不能準確記錄發生的事情。

然后，在 1977 年，Edmund O. Schweitzer III發明了基于數字微處理器的繼電器，作為他博士論文的一部分。Schweitzer 的繼電器可以定位 1 公里半徑內的故障，為公用事業的可靠性、安全性和效率設立了新標準。

為了開發和制造他的繼電器，他于 1982 年在他位于華盛頓州普爾曼的地下室成立了 Schweitzer Engineering Laboratories 。如今，SEL 在超過 165 個國家生產數百種保護、監測、控制和自動化電力系統的產品。

Schweitzer 是 IEEE 終身會員，是他所在公司的總裁兼首席技術官。他與七名工人一起創辦了 SEL；它現在有 6,000 多個。

這家擁有 40 年歷史的員工持股公司繼續發展壯大。它在美國有四個制造工廠。它最新的工廠于 3 月在愛達荷州的莫斯科開業，主要生產印刷電路板。

Schweitzer 的工作獲得了許多贊譽，包括2012 年 IEEE 電力工程獎章。2019 年，他入選美國國家發明家名人堂。

電力電子技術的進步

當樹木或車輛撞到電線、電網運營商失誤或設備出現故障時，可能會發生電力系統故障。故障將額外的電流分流到電路的某些部分，使其短路。

如果沒有以保護設備和確保供電連續性為目的而安裝適當的方案或設備，則停電或停電可能會蔓延到整個電網。

不過，過流并不是唯一可能發生的損壞。故障還會改變電壓、頻率和電流方向。

保護方案應迅速將故障與電網的其余部分隔離開來，從而限制現場損壞并防止故障蔓延到系統的其余部分。為此，必須安裝保護裝置。

這就是 Schweitzer 基于數字微處理器的繼電器的用武之地。他在 1982 年完善了它。后來它被商業化并作為 SEL-21 數字距離繼電器/故障定位器出售。

靈感來自停電和保護繼電器書

Schweitzer 說，他的繼電器在一定程度上受到了他大學一年級期間發生的一件事的啟發。

“早在 1965 年，當我還是普渡大學的一名新生時，一場大停電導致美國東北部和加拿大安大略省數百萬人斷電數小時，”他回憶道。“那是一件很重要的事情，我記得很清楚。我從中吸取了很多教訓。一是恢復電力有多困難。”

他說，他還受到了《保護繼電器：理論與實踐》 一書的啟發。他在普爾曼的華盛頓州立大學攻讀工程研究生時閱讀了這本書。

“我在星期四開課前買了這本書，并在周末閱讀了它，”他說。“我愛不釋手。我被迷住了。

“我意識到這些固態設備是專用信號處理器。他們讀取電力系統的電壓和電流，并判斷電力系統的設備是否正常運行。我開始考慮如何利用我對數字信號處理的了解，并將其用于微處理器內部以保護電力系統。”

4 位和 8 位微處理器在當時是新出現的。

“我認為大多數發明都是這樣開始的：采用一種技術并將其與另一種技術結合起來創造新事物，”他說。“微處理器的發明者并不知道人們會用它做什么。這太棒了。”

他說，他是在 1968 年開始第一份工作時接觸到信號處理、信號分析以及如何使用數字技術的，當時他在馬里蘭州米德堡的 美國國防部 工作。

更快地清除故障和提高網絡安全的方法

Schweitzer 繼續發明保護和控制電力系統的方法。2016 年，他的公司發布了SEL-T400L，它每微秒對電力系統進行一次采樣，以檢測以光速移動的行波之間的時間。這個想法是快速檢測和定位傳輸線路故障。

繼電器在 1 到 2 毫秒內決定是否使電路跳閘或采取其他動作。以前，它需要一個大約 16 毫秒的保護繼電器。在高壓交流電路中，典型的斷路器需要 30 到 40 毫秒才能跳閘。

“我喜歡談論對速度的需求，”Schweitzer 說。“在當今時代，沒有理由等待清除故障。從電壓和角度穩定性、安全性、降低火災風險和電氣設備損壞的角度來看，更快的跳閘是一個巨大的機會。

“我們還可以通過更快的速度從現有基礎設施中獲得更多收益。每節省一毫秒的清理時間，傳輸系統的穩定性限制就會增加 15 兆瓦。這大約是每毫秒一個饋線。因此，如果我們節省 12 毫秒，我們就可以突然從一個傳輸系統的一部分為 12 個以上的配電饋線提供服務。”

他說，時域技術還將在變壓器和配電保護方案中找到應用，并對直流輸電產生重大影響。

他說，今天讓 Schweitzer 興奮的是能量包的概念，他和 SEL 一直在研究這個概念。這些數據包測量所有信號的能量交換，包括失真的交流系統或直流網絡。

“能量包精確測量能量傳輸，與頻率或相位角無關，并以固定速率更新，具有共同的時間參考，例如每毫秒，”他說。“時域能量包提供了加速控制系統和準確測量失真系統能量的機會——這對傳統的頻域計算方法提出了挑戰。”

他還專注于通過提高網絡安全、態勢感知和性能來提高關鍵基礎設施網絡的可靠性。他說，即插即用和盡力而為網絡對于關鍵基礎設施來說不夠安全。

“ SEL OT SDN技術解決了一些重大的網絡安全問題，”他說，“坦率地說，它讓我第一次在變電站中使用以太網感到舒服。”

從工程學教授到發明家

Schweitzer 一開始并沒有計劃創辦自己的公司。1977 年，他加入位于雅典的俄亥俄大學電氣工程系，開始了成功的學術生涯。兩年后，他搬到華盛頓州的普爾曼，并在接下來的六年里在華盛頓州的沃伊蘭工程與建筑學院任教。直到 SEL-21 的銷售開始騰飛之后，他才決定全職投身于他的創業公司。

Schweitzer成為發明家并創辦了自己的公司也就不足為奇了，因為他的父親和祖父都是發明家和企業家。

他的祖父Edmund O. Schweitzer擁有 87 項專利，他于 1911 年與 Nicholas J. Conrad 合作發明了第一個可靠的高壓保險絲，同年兩人在芝加哥創立了 Schweitzer and Conrad（現稱為 S&C Electric Co. ） .

Schweitzer 的父親Edmund O. Schweitzer Jr.擁有 208 項專利。他發明了多種線路供電故障指示設備，并于1949 年創立了EO Schweitzer Manufacturing Co.。該公司現在是 SEL 的一部分。

Schweitzer 說，一位朋友給了他關于創業的最好的財務建議：存錢。

“我很自豪我們擁有 6,000 多名員工的公司是 100% 的員工持股，”Schweitzer 說。“我們希望投資于未來，因此我們將儲蓄再投資于增長。”

他建議那些計劃創業的人關注他們的客戶并為他們創造價值。

“釋放你的創造力，”他說，“并與客戶互動。此外，弄清楚如何為社會做出貢獻，讓世界變得更美好。”