Circonstances

En tant que fabricant de lampes LED, y compris des lampadaires, des projecteurs, des luminaires industriels et des luminaires de station-service, notre objectif est de créer un meilleur éclairage pour les environnements d’éclairage commerciaux, publics et privés. Nous pensons qu’un meilleur éclairage inclut la flexibilité du remplacement des modules LED, des drivers LED de haute qualité et un éclairage plus intelligent. Avec l’Internet des objets et la mise à niveau continue de l’éclairage LED, l’énorme potentiel du marché de l’éclairage intelligent émerge constamment et le marché mondial de l’éclairage intelligent est entré dans une phase de développement rapide.

Alors que de plus en plus de villes et de services publics commencent à mettre à niveau leur infrastructure d’éclairage vers des luminaires LED, une décision clé qui est facilement négligée est les prises de contrôle d’éclairage (modules de communication entre les modules LED et les drivers LED) qu’ils doivent utiliser, car il s’agit de savoir s’ils peuvent appliquer de nouvelles fonctions à leurs lampes LED. Les fabricants d’éclairage offrent d’innombrables options, et aujourd’hui, les prises Zhaga et NEMA peuvent être utilisées avec la technologie IoT. Les deux prises offrent la possibilité d’adapter les luminaires existants aux technologies futures. Avec des solutions standardisées, nous pouvons encore élargir les opportunités au profit de nos clients. Car cette standardisation permet de modifier spécifiquement l’unité de commande sans modifier l’ensemble du luminaire LED. Cet article vous aidera à expliquer certaines différences clés entre deux prises communes de deux organismes de normalisation mondiaux : la prise
ANSI C136.41 (NEMA) et la prise Zhaga Livre 18 (Zhaga).

Qu’est-ce que NEMA et Zhaga ?

En général, la prise NEMA est le connecteur standard américain pour l’industrie de l’éclairage, qui permet des connexions électriques et mécaniques entre les nœuds et les luminaires. Les prises NEMA sont souvent utilisées dans l’éclairage extérieur, en particulier l’éclairage public. Aujourd’hui en Europe, les prises Zhaga sont élevées par le Consortium Zhaga, et elles sont de plus en plus courantes et pourraient être plus favorisées à l’avenir.

Norme NEMA

Nema est l’abréviation de National Electrical Manufacturers Association. NEMA fournit un forum pour la normalisation des équipements électriques, garantissant ainsi la sécurité, l’efficacité et la compatibilité des équipements électriques. Cela inclut aussi la standardisation des connecteurs dans les systèmes d’éclairage. Les prises NEMA auxquelles nous nous référons habituellement incluent NEMA 3 broches, NEMA prise à 5 broches et Prise NEMA à 7 broches. Ce sont toutes des interfaces d’installation de contrôleur d’éclairage alimentées en courant alternatif haute tension, et la plupart de la technologie est Réseau RF. Les bornes de prise 5 broches et 7 broches peuvent être connectées au mode de gradation 0 ~ 10 V, PWM ou DALI. Cette norme est aussi largement adoptée en Amérique du Sud.

En 1979, la norme ANSI C136.10 a été proposée pour la première fois. Cette norme spécifie une interface physique à trois broches pour la commande à verrouillage par rotation des commandes d’éclairage appliquées dans les installations d’éclairage publiques et privées. En 2013, NEMA a ajouté une nouvelle norme, le numéro de norme ANSI C136.41, dont l’interface physique comprend quatre nouvelles broches (basse tension) pour le contrôle de la gradation et le service futur. L’industrie se réfère à la prise ANSI C136.41 comme la «prise NEMA à sept broches» en raison du rôle de NEMA dans l’organisation des normes. La gradation est le principal nouveau cas d’utilisation et attribue les broches 4 et 5 ; les futurs services susceptibles d’utiliser les broches 6 et 7 sont actuellement en cours de développement dans la révision standard.

Norme ZHAGA

Zhaga est un consortium à l’échelle de l’industrie de l’éclairage qui vise à normaliser les spécifications d’interface entre les luminaires LED et les moteurs d’éclairage LED, y compris les modules LED et les drivers LED. L’organisation vise à réaliser l’interchangeabilité entre les produits fabriqués par différents fabricants. En tant qu’organisation de normalisation internationale tournée vers l’avenir, la mission de ZHAGA est de fournir aux fabricants d’éclairage une plate-forme de solution de source lumineuse meilleure et plus efficace. En normalisant l’interface du moteur de lumière, ZHAGA définit une plate-forme de conception stable pour les fabricants d’éclairage ; évite qu’un grand nombre de produits moteurs légers incompatibles ne circulent sur le marché ; permet au marché de choisir parmi un deuxième moteur de lumière, de manière à réduire les coûts de développement des applications de source lumineuse et à favoriser la croissance du marché en favorisant la concurrence. La figure suivante est la norme pertinente spécifiée par Zhaga.

Nous pouvons voir que la norme Zhaga implique des modules LED, des drivers LED, des capteurs et des modules de communication. Ici, nous ne parlons que des modules de communication ou des sockets. En 2019, le consortium Zhaga a élargi le livre 18, “Création d’un système interopérable de modules d’éclairage extérieur et de détection/communication”. Notre objectif est de créer un écosystème de produits interopérables provenant de fournisseurs de luminaires et de fournisseurs de capteurs. Contrairement à la norme ANSI, cette spécification est basée sur quatre connexions basse tension et une source d’alimentation CC. Cette nouvelle interface standard est conçue pour les capteurs qui permettent de contrôler l’éclairage, mais prend aussi en compte les capteurs connectés aux villes. L’interface d’installation du contrôleur d’éclairage adopte une alimentation CC basse tension et est compatible avec l’interface de communication Dali2.0. Cette norme d’interface est actuellement largement utilisée en Europe et est susceptible de devenir la norme dominante pour le contrôle de l’éclairage européen à l’avenir. En termes de technologie de communication, LoRa est principalement utilisé.

Spécifications mécaniques de NEMA et Zhaga

NEMA (ANSI C136.41)

Il y a trois broches pour l’alimentation secteur et quatre broches pour la signalisation basse tension. Remarque : ANSI C136.41 est actuellement en cours de révision et comprend un tableau de cas d’utilisation multiples.

ZHAGA LIVRE 18

Pourquoi en avons-nous besoin ?

NEMA (ANSI C136.41)

L’objectif principal de la prise ANSI C136.41 est de contrôler l’allumage et l’extinction des lampes extérieures (principalement des lampadaires). Cela a commencé avec la version originale à trois broches (ANSI C136.10), lorsqu’un simple capteur de cellule photoélectrique était connecté à la prise NEMA à 3 broches, la cellule photoélectrique utilisait un capteur optique interne pour mesurer le niveau d’éclairage ambiant autour du luminaire. Au crépuscule/coucher du soleil, la lumière ambiante descend en dessous du seuil “d’obscurité”, la cellule photoélectrique éteint le relais embarqué qui allume finalement le lampadaire LED. De même, à l’aube/au lever du soleil lorsque la lumière ambiante dépasse le seuil, la photocellule allume le relais, provoquant l’extinction de la lumière.

Avec la rentabilité croissante des luminaires LED à intensité variable, ce type de luminaire a entraîné l’introduction et l’adoption de versions à cinq broches et à sept broches (ANSI C136.41). Lorsqu’il est combiné avec une “cellule photoélectrique intelligente” qui reçoit et répond au signal, le luminaire LED (et le driver LED interne) prend en charge la gradation de la lumière à moins de 100 % de luminosité. Par exemple, les lampadaires n’ont généralement pas besoin de beaucoup d’éclairage après minuit. À ce moment, le contrôleur enverra un signal à la cellule photoélectrique intelligente pour réduire la puissance du lampadaire et enfin réaliser des économies d’énergie.

Actuellement, dans la plupart des cas, trois broches de la base à 7 broches sont utilisées, et les quatre broches restantes sont destinées à une mise à jour future lorsque les clients utiliseront la fonction de gradation ou connecteront des capteurs ou d’autres appareils à l’avenir. Dans quelques cas, cinq broches sont utilisées, dont trois broches sont utilisées pour le secteur et deux broches sont utilisées pour le signal de gradation du luminaire LED. Dans de rares cas, les broches 6 et 7 sont utilisées. Avec l’intérêt croissant pour les capteurs de ville intelligente et IoT, ces deux broches supplémentaires (6 et 7) sont désormais considérées comme un moyen direct de connecter des capteurs tels que des capteurs de qualité de l’air, des capteurs de surveillance du trafic.

Depuis l’avènement de la prise NEMA à sept broches, elle a été installée dans des dizaines de millions de luminaires LED. Cette grande base installée offre aux villes, aux services publics ou à d’autres propriétaires la possibilité d’installer des capteurs et des appareils capables de collecter des données spécifiques précieuses pour les clients. En concevant l’interface du capteur pour répondre aux besoins des clients, l’utilisation des broches 6 et 7 de la prise NEMA est un moyen d’étendre la connectivité aux applications urbaines. Le comité ANSI C136 travaille à la normalisation de l’interface et des protocoles de communication pris en charge sur les broches 6 et 7 ( Cliquez ici pour savoir “Pourquoi une prise Nema à 7 broches est-elle nécessaire dans d’éclairage public” ). Cependant, de nombreux fabricants ont mis en œuvre des solutions disponibles sur le marché aujourd’hui.

ZHAGA LIVRE 18

L’Europe n’utilise traditionnellement pas de commandes externes pour les lampes individuelles (appareils d’éclairage). Bien sûr, il existe des projets qui nécessiteront l’installation d’une prise NEMA standard ANSI pour une utilisation future de commande eclairage public intelligentes. De plus en plus de projets d’éclairage public intelligent en Europe spécifient désormais des prises Zhaga au-dessus des lampes. Le contrôleur basé sur Zhaga dérive de l’alimentation basse tension du driver de LED, ce qui réduit les coûts, réduit la taille et assure la fiabilité car il y a moins de composants électroniques dans le contrôleur. De plus, des capteurs peuvent être déployés en ajoutant une deuxième prise Zhaga au bas du luminaire. Cependant, dans certains cas, ces capteurs doivent consommer très peu d’énergie car la puissance auxiliaire du driver LED utilisée pour faire fonctionner le contrôleur est limitée.

En plus des caractéristiques ci-dessus, nous pensons que la plus grande force de Zhaga est qu’il normalise les normes pertinentes. La spécification Zhaga définit les exigences d’interface entre les moteurs d’éclairage LED et les luminaires LED. Une bonne spécification d’interface ne définira que la partie de l’interaction entre le luminaire et le moteur de lumière, et ne devrait pas limiter inutilement la conception du moteur de lumière ou du luminaire. Une bonne spécification d’interface doit permettre des innovations dans la conception interne du moteur de lumière, tout en garantissant la stabilité des pièces connectées au luminaire. Dans le même temps, Zhaga fournit aussi des normes pour unifier le moteur d’éclairage, la conception des drivers LED et la conception des capteurs. Son objectif principal est de faciliter l’échange et la compatibilité des produits de différents fabricants au sein de l’alliance. Cela peut promouvoir l’innovation et la concurrence dans les applications d’éclairage LED, et le bénéficiaire ultime sera les consommateurs.

Enfin, Zhaga a défini un processus de certification pour accompagner ses normes afin d’instaurer la confiance dans l’interopérabilité. Mis en œuvre par une agence de test indépendante, le statut de certification des produits peut être vérifié par rapport à des bases de données et des marques accessibles au public afin d’éviter les abus.

Quels sont les avantages de chacun ?

NEMA (ANSI C136.41)

Avantages : 

• Des millions de luminaires LED sont déjà équipés de cette prise.
• Le capteur peut être ajouté à n’importe quel lampadaire avec des modifications limitées du câblage du luminaire.
• De nombreuses applications connectées à la ville (surveillance du trafic, qualité de l’air, éclairage dynamique) peuvent être disposées pour augmenter la flexibilité d’utilisation, y compris celles nécessitant une puissance plus élevée.

Désavantages :

• Les gros appareils au-dessus des lampes peuvent ne pas être esthétiquement attrayants pour certains.

Zhaga Livre 18

Avantages : 

• Dans certains cas, le coût de possession est inférieur car le contrôleur est alimenté par le driver LED du luminaire.
• Fournir des signaux et de l’alimentation pour les capteurs à faible puissance.
• Les contrôleurs de petite taille peuvent améliorer l’apparence.

Désavantages :

• Augmente la complexité des cas d’utilisation de capteurs urbains connectés avec des besoins en puissance élevés.
• Peut inclure des coûts initiaux plus élevés pour les équipements dépendant des schémas de câblage DALI.

Laquelle choisir pour vos projets ?

Il existe maintenant deux normes majeures dans l’industrie de l’éclairage, NEMA et ZHAGA. Elles sont encore dans une période de mêlée et il n’y a pas de norme unifiée. Il peut y avoir le problème de la construction répétée après trois ou cinq ans.

NEMA est une interface standard en Amérique du Nord. Basé sur le contrôle d’éclairage d’origine de NEMA, il peut être utilisé comme contrôleur à une seule lampe. Techniquement, plus de réseau RF est utilisé, et l’Amérique du Sud utilise aussi plus de NEMA et de réseau RF. ZHAGA a été proposé par plusieurs sociétés européennes telles que Philips, donc ZHAGA sera la norme de contrôle d’éclairage en Europe à l’avenir. Techniquement, la technologie de communication LoRa est principalement utilisée, et la technologie NB est aussi utilisée.

D’après la tendance actuelle, Zhaga est plus susceptible de gagner, nous supposons sur la base des points suivants :

• Normes uniformes
• Fonctions puissantes
• Recommandé par les géants de l’industrie de l’éclairage

En tant que client, nous estimons que vous pouvez prendre des décisions en fonction de vos propres projets. Par exemple, dans les Amériques, NEMA peut être prioritaire, tandis qu’en Europe, Zhaga peut être sélectionné si le projet nécessite un contrôle intelligent.

PS : à l’heure actuelle, l’industrie introduit aussi des équipements qui remplacent la prise NEMA par des prises prenant en charge les contrôleurs standard Zhaga. Il est similaire à un adaptateur, qui peut convertir l’interface NEMA en une interface Zhaga. Il dispose d’une alimentation à découpage CA-CC intégrée, d’une alimentation de sortie 24VDC avec une puissance de sortie maximale de 5W. Et le coût est bien inférieur au remplacement d’un driver de gradation par une sortie de tension auxiliaire. Grâce à cela, il peut résoudre le scénario d’application lorsque le driver du client n’a pas de sortie de tension auxiliaire prenant en charge le contrôleur de lampe ZHAGA. Dans le même temps, NEMA a aussi annoncé l’introduction de normes similaires.

Conclusion

Grâce à cet article, nous espérons que vous avez acquis une certaine compréhension de NEMA et de Zhaga. Ce sont toutes des organisations impliquées dans l’industrie de l’éclairage, visant à spécifier les normes pertinentes pour l’industrie de l’éclairage, et elles espèrent toutes que l’industrie de l’éclairage pourra avancer sur la voie de l’innovation. Les prises NEMA et Zhaga fournissent toutes deux des interfaces pour un contrôle intelligent de l’éclairage extérieur. Ce sont deux appareils différents. Mais leur objectif est le même, au service de l’industrie et du contrôle intelligent des lampes. Si vous êtes intéressé par un lampadaire LED avec interface NEMA ou Zhaga, vous pouvez aussi nous contacter.

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