מהפיכת הדיגיטל מבצעת בימים אלה את הכיבוש גם של מעוזי העולם האנלוגי האחרונים. אחד המעוזים הללו הוא תחום החשמל וניהול האנרגיה. מדובר על תחום פעילות בעל אופי שמרני ומסורתי. השינויים בו נמדדים בקבועי זמן של 10-20 שנים, כאשר לא יהיה נדיר לראות גם כיום לוחות חשמל, בעיקר במפעלים וותיקים, שהם אף בני עשרות שנים. במאמר זה אנו נציג את לוחות החשמל החכמים (Smart Panels), החיבור שלהם לעולמות הדיגיטל, וכיצד לוח החשמל שהיה בעבר סוג של “אי לבדד ישכון” הופך למכונת דאטה חכמה מחוברת ומקושרת המייצרת מידע, תובנות ופעולות.
אך ראשית, מהו לוח חשמל? לוח חשמל, או בשמו הנוסף לוח חלוקה, הינו מערכת המשמשת להעברה של אנרגיה חשמלית ממקור הזנה ראשי (חברת החשמל או גנרטור) אל המכשור הצורך חשמל במפעל תעשייתי או בניין גדול (דוגמת: בתי חולים, קניונים, אוניברסיטאות ועוד). לוחות החשמל מתפקדים כמערכת הפיקוד והבקרה על מערכות החשמל השונות, והם מכילים בין השאר מפסקים להגנה על הציוד המוזן מהם מפני תקלות במערכת החשמל – דוגמת קצר חשמלי, עומס יתר, התחשמלות, שריפות ועוד. בעידן הטרום דיגיטלי היה לוח החשמל מערכת “טיפשה”, שכמות האוטומציה שבה הייתה מאוד מוגבלת, הרכיבים היו מנותקים זה מזה חלקית או לחלוטין, הטיפול במערכת חייב הגעה פיזית אליה, ואיסוף הנתונים ממנה היה מסורבל ומוגבל. אפשרויות ניהול האנרגיה היו מועטות, אם בכלל קיימות, ומצב הפעולה של המערכת היה נוקשה וחסר גמישות. לוח החשמל ידע לקבל הזנה, להעביר אותה הלאה, להפסיק את הפעולה בתנאים מסויימים, ובזה בערך הסתכמו יכולותיו.
ניהול לוח חשמל חכם באמצעות הטלפון החכם מקור תמונה: שניידר אלקטריק.
מ-Silo למערכת ניהול
אלא שכל זה לא יכול היה להתאים לעידן הדיגיטלי. העולם צורך היום יותר חשמל מכל נקודת זמן בעבר. העולם הופך לתלוי בטכנולוגיה, וזו תלויה להזנתה בחשמל. מאידך העולם גם נדרש לחסוך חשמל, ולהגיע לנקודה של ניצול אופטימלי שלו – זאת כחלק מהמחוייבות של המדינות להילחם בשינויי האקלים, דוגמת הסכם פריז להקטנת פליטות גזי החממה. הצורך לנהל את תחומי החשמל עלה לפני השטח בד בבד עם החידושים הטכנולוגיים שהביאה המהפכה הדיגיטלית, מה שאיפשר את השילוב של חידושי הדיגיטל במערכות פיקוד החשמל, דוגמת לוחות החשמל הוותיקים.
החידוש המרכזי היה בהטמעה של טכנולוגיות “אינטרנט של הדברים” IoT)) במערכות חלוקת החשמל במתח נמוך וגבוה כך שהן הופכות לפלטפורמה דיגיטלית. הפלטפורמה הזו מספקת נתונים ישימים כדי לסייע בקבלת החלטות אשר עוזרות להגן על אנשים, לשמור על מכונות ונכסים, למקסם את היעילות התפעולית וההמשכיות העסקית, ולעמוד בדרישות הרגולציה. בעצם הרכיבים של המערכת הופכים לסנסורים האוספים ומשדרים על גבי פרוטוקולי תקשורת שונים (דוגמת Ethernet) נתונים של צריכת חשמל, איכות החשמל ועוד מגוון רחב של מדדים המאפשרים לנהל את מערכות החשמל בצורה פרואקטיבית, ולקבל מערכות אמינות יותר, יעילות יותר ותואמות לרגולציה.
ממשק ווב לניהול לוח חשמל חכם. מקור תמונה: שניידראלקטריק
למעשה ההטמעה של טכנולוגיות IoT הפכו את המערכות לניהול חשמל מאותו Silo (מערכת מבודדת), שאינו מחובר לסביבתו למערכת דיגיטלית, מבוססת תוכנה, שניתן לשלוט עליה מרחוק, ולקבל ממנה נתונים בזמן אמת. כך לדוגמא, במקרה של תקלה ברשת החשמל – בעבר נדרשה הגעה של טכנאי ללוח החשמל על מנת להשיבו לפעילות תקינה, דבר שפגע בזמינות החשמל למערכות התלויות בו, ואף יכול היה להוות סכנה לחיי אדם. לעומת זאת, משעה שהמערכת הפכה לדיגיטלית אזי היא מפיקה מבעוד מועד את הנתונים על כך שתקלה עשויה להתרחש, יכולה לטפל בה בצורה פרואקטיבית עוד לפני התרחשותה, ובמידה והתקלה התקיימה – אזי ניתן במקרים רבים לטפל בה מרחוק ובזמן אמת.
פונקציה נוספת וחשובה שמעניקה הארכיטקטורה הדיגיטלית של מערכות ניהול האנרגיה הן של קבלת המידע היישר למחשב, לטאבלט או לטלפון החכם. הדרך להגיע לקבלת החלטות מושכלת תלויה ביכולת לקבל מידע בזמן אמת, והמערכות הדיגיטליות לניהול האנרגיה מאפשרות בדיוק את זה. כול המידע הנאסף על ידי המערכת מונגש בצורה פשוטה בממשק פשוט להבנה, דשבורדים שאפשר לשתף במהירות ובקלות, מאפשר השוואה לנתונים היסטוריים, וקבלת החלטות מכל מקום ובכל זמן. כמובן, כול זאת מתבצע תוך שמירה על פרוטוקולים גבוהים של אבטחת מידע והגנת סייבר.
שכבה חשובה היא גם זו של האנליטיקה, שאוספת את כלל המידע המתקבל מהסנסורים במערכת החשמל, ומבצעת את הניתוחים, כולל יכולות של מתן המלצות לפעולה. החל מהמלצות כיצד לבצע חיסכון בחשמל, איתור של נקודות בזבוז חשמל, המלצות לביצוע של תחזוקה מונעת, ועוד. שכבת האנליטיקה הופכת את המידע לתובנות, ובאמצעות מנוע של AI ו-ML, התובנות הופכות להמלצות, שמאפשרות לשמור טוב יותר על המערכת יעילה יותר, ומקטינה את זמני ה-downtime שלה.
מפסק אוויר דיגיטלי מדגם MasterPact
MTZ מקור תמונה: שניידר אלקטריק
האבולוציה שעברו מפסקי האוויר בלוחות החשמל
את השינוי שעברו לוחות החשמל ומערכות ניהול האנרגיה ניתן להמחיש בצורה טובה באמצעות בחינה של האבולוציה שעבר אחד הרכיבים החשובים במערכת הזו – מפסק האוויר. בעבר הם שימשו כמפסק חשמל ראשי ותו לא, אך כיום בעידן הדיגיטל הם הפכו בנוסף לאבן מרכזית וראשונה בפלטפורמת ה-IoT הדיגיטלית לניהול האנרגיה. לצורך הבחינה נקיים ניתוח יכולות של שלוש סדרות מפסקי אוויר מתוצרת Schneider Electric שיצאו משנות השמונים של המאה שעברה ועד ימינו.
MasterPact M – מפסק אוויר שהוצג בשנת 1987 והיה קטן בגודלו הפיזי ביחס למפסקים מוקדמים יותר, שאיפשר יותר מקום בלוח החשמל. המפסק היה בעל מעטפת סגורה ואיפשר בטיחות גבוהה יותר למשתמש. יחידת הגנה הייתה מורכבת מרכיבים אלקטרוניים לעומת רכיבים אנלוגיים בסדרות הקודמות. התקנה ותחזוקה היו פשוטות יותר במפסק האוויר מסוג MasterPact M, בהשוואה לסדרות הקודמות שרק אנשי מקצוע בעלי הכשרה מתאימה יכלו לעבוד איתו.
MasterPact NT/NW – מפסק אוויר שהוצג בתחילת שנות ה-2000. הבשורה כאן הייתה שהמפתחים הצליחו להקטין עוד יותר את מידות המפסק ובכך לחסוך שוב מקום משמעותי בלוח החשמל. הרכיבים האלקטרוניים ביחידת ההגנה שודרגו, מה שאיפשר מדידות מתקדמות יותר (כמו ניטור הרמוניות), ואפשרות לחיבורי תקשורת (דוגמת Modbus) – שהיוו דריסת רגל צנועה של עולם הדיגיטל לתחום ניהול האנרגיה.
MasterPact MTZ – מפסק אוויר שהושק בישראל בסוף השנה שעברה. מתפקד כמו מחשב לכול דבר, וניתן להתקין בו מודולים דיגיטליים (אפליקציות), ולשדרג אותו מבלי להפסיק את פעולתו השוטפת, מבחינת ההגנות, המדידות, ועוד. מפסק האוויר מחובר לרשת באמצעות קישוריות בלוטות’ ו-NFC לאפליקציה סלולרית, כך שנתונים כמו סטטוס החשמל במערכת מתקבלים היישר לטלפון החכם. כמו כן, באמצעות חיבור זה ניתן לשלוט על המפסק מרחוק ולהפעילו מחדש, כל זאת עם הגנות סייבר מהגבוהות ביותר דוגמת סיסמאות חד פעמיות, כפתורי לחיצה ייעודיים ותוכנות אבטחת מידע.
לסיכום, תחום החשמל נחשב אחד המסורתיים והאיטיים לאמץ חידושים, אך גם בתחום הזה נבקעים בקיעים ואנו רואים כיצד המציאות העסקית מצד אחד, והיכולות הטכנולוגיות-הדיגיטליות שמוטמעות במערכות, מפלסות את דרכן ותופסות מקום של כבוד ביותר ויותר מפעלי תעשייה ובניינים גדולים.
עדי דהן, מנהל מוצר, שניידר
אלקטריק ישראל )מקור תמונה: יח”צ)
