Antecedentes

Como fabricante de lámparas LED que incluyen farolas, reflectores, luces de gran altura y luces de marquesina, nuestro objetivo es crear una mejor iluminación para entornos de iluminación comerciales, públicos y privados. Creemos que una mejor iluminación incluye flexibilidad en el reemplazo de módulos LED, controladores LED de alta calidad e iluminación más inteligente. Con el Internet de las cosas y la actualización continua de la iluminación LED, el enorme potencial del mercado de la iluminación inteligente surge constantemente y el mercado global de la iluminación inteligente ha entrado en una etapa de rápido desarrollo.

A medida que más ciudades y empresas de servicios públicos comienzan a actualizar su infraestructura de iluminación a luces LED, una decisión clave que se pasa por alto fácilmente es qué enchufes de control de iluminación (módulos de comunicación entre módulos LED y controladores LED) deben usar, ya que se relaciona con si pueden aplicar nuevos función a sus lámparas LED. Los fabricantes de iluminación ofrecen innumerables opciones y, hoy en día, los enchufes Zhaga y NEMA se pueden usar con tecnología IoT. Ambos enchufes ofrecen la oportunidad de adaptar luminarias existentes a tecnologías futuras. Con soluciones estandarizadas, podemos expandir aún más las oportunidades para beneficiar a nuestros clientes. Porque esta estandarización permite modificar la unidad de control de forma específica, sin tener que modificar toda la luminaria LED. Este artículo ayudará a explicar algunas diferencias clave entre dos enchufes comunes de dos cuerpos de estándares globales: el enchufe ANSI C136.41 (NEMA) y el enchufe Zhaga Book 18 (Zhaga).

¿Qué es NEMA y Zhaga?

En general, el receptáculo NEMA es el conector estándar estadounidense para la industria de la iluminación, que permite conexiones eléctricas y mecánicas entre nodos y dispositivos de iluminación. Los enchufes NEMA se utilizan a menudo en la iluminación exterior, especialmente en el alumbrado público. Hoy en Europa, los enchufes Zhaga son creados por Zhaga Consortium, y son cada vez más comunes y pueden ser más favorecidos en el futuro.

Estándar NEMA

Nema es la abreviatura de Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos. NEMA proporciona un foro para la estandarización de equipos eléctricos, lo que garantiza la seguridad, eficacia y compatibilidad de los equipos eléctricos. Esto también incluye la estandarización de conectores en sistemas de iluminación. Los enchufes NEMA a los que generalmente nos referimos incluyen NEMA de 3 pines, NEMA de 5 pines y NEMA de 7 pines. Todas son interfaces de instalación de controladores de iluminación alimentados por CA de alto voltaje, y la mayor parte de la tecnología es RF Mesh. Los terminales de enchufe de 5 pines y 7 pines se pueden conectar al modo de atenuación 0 ~ 10 V, PWM o DALI. Este estándar también es ampliamente adoptado en América del Sur.

En 1979, se propuso por primera vez la norma ANSI C136.10. Este estándar especifica una interfaz física de tres pines para el control de bloqueo por torsión de controles de iluminación aplicados en instalaciones de iluminación públicas y privadas. En 2013, NEMA agregó un nuevo estándar, el número estándar ANSI C136.41, cuya interfaz física incluye cuatro pines nuevos (de bajo voltaje) para control de atenuación y servicio futuro. La industria se refiere al receptáculo ANSI C136.41 como el “receptáculo NEMA de siete pines” debido al rol de NEMA en la organización de estándares. La atenuación es el nuevo caso de uso principal y asigna los pines 4 y 5; los servicios futuros que pueden usar los pines 6 y 7 están actualmente en desarrollo en la revisión estándar.

Estándar ZHAGA

Zhaga es un consorcio de toda la industria de la iluminación que tiene como objetivo estandarizar la especificación de la interfaz entre las luminarias LED y los motores de luz LED, incluidos los módulos LED y los controladores LED. La organización tiene como objetivo lograr la intercambiabilidad entre productos fabricados por diferentes fabricantes. Como organización de estandarización internacional con visión de futuro, la misión de ZHAGA es proporcionar a los fabricantes de iluminación una plataforma de solución de fuente de luz mejor y más eficiente. Al estandarizar la interfaz del motor de luz, ZHAGA define una plataforma de diseño estable para los fabricantes de iluminación; evita que un gran número de productos de motores ligeros incompatibles circulen en el mercado; hace que el mercado tenga un segundo motor de luz para elegir, a fin de reducir los costos de desarrollo de aplicaciones de fuente de luz y fomentar el crecimiento del mercado fomentando la competencia. La siguiente figura es el estándar relevante especificado por Zhaga.

Podemos ver que el estándar Zhaga involucra módulos LED, controladores LED, sensores y módulos de comunicación. Aquí solo discutimos módulos de comunicación o receptáculos. En 2019, el Consorcio Zhaga amplió el Libro 18, “creando un sistema interoperable de luminarias para exteriores y módulos de detección/comunicación”. Nuestro objetivo es crear un ecosistema de productos interoperables de proveedores de luminarias y proveedores de sensores. A diferencia del estándar ANSI, esta especificación se basa en cuatro conexiones de bajo voltaje y una fuente de alimentación de CC. Esta nueva interfaz estándar está diseñada para sensores que implementan control de iluminación, pero también tiene en cuenta sensores conectados a ciudades. La interfaz de instalación del controlador de iluminación adopta una fuente de alimentación de CC de bajo voltaje y es compatible con la interfaz de comunicación Dali2.0. Actualmente, este estándar de interfaz se usa ampliamente en Europa y es probable que se convierta en el estándar principal para el control de iluminación europeo en el futuro. En términos de tecnología de comunicación, se utiliza principalmente LoRa.

Especificaciones mecánicas de NEMA y Zhaga

NEMA (ANSI C136.41)

Hay tres pines para alimentación de red y cuatro pines para señalización de bajo voltaje. Nota: ANSI C136.41 se encuentra actualmente en revisión e incluye una tabla de múltiples casos de uso.

LIBRO ZHAGA 18

¿Por qué los necesitamos?

NEMA (ANSI C136.41)

El objetivo principal del portalámparas ANSI C136.41 es controlar el encendido y apagado de las lámparas exteriores (principalmente farolas). Esto comenzó con la versión original de tres pines (ANSI C136.10), cuando se conectaba un sensor de fotocélula simple al enchufe NEMA de 3 pines, la fotocélula usaba un sensor óptico interno para medir el nivel de iluminación ambiental alrededor de la luminaria. Al anochecer/atardecer, la luz ambiental cae por debajo del umbral “oscuro”, la fotocélula apaga el relé integrado que finalmente enciende la luz LED de la calle. Asimismo, al amanecer/amanecer cuando la luz ambiente supera el umbral, la fotocélula enciende el relé, provocando el apagado de la luz.

Con la creciente rentabilidad de las luminarias LED regulables, este tipo de luminaria ha impulsado la introducción y adopción de versiones de enchufe de cinco y siete clavijas (ANSI C136.41). Cuando se combina con una “fotocélula inteligente” que recibe y responde a la señal, la lámpara LED (y el controlador LED interno) admitirán la atenuación de la luz a menos del 100 % de brillo. Por ejemplo, las luces de la calle generalmente no necesitan mucha iluminación después de la medianoche. En este momento, el controlador enviará una señal a la fotocélula inteligente para reducir la salida de la farola y finalmente lograr el ahorro de energía.

Actualmente, en la mayoría de los casos, se usan tres pines de la base de 7 pines, y los cuatro pines restantes son para futuras actualizaciones cuando los clientes vayan a usar la función de atenuación o conectar sensores u otros dispositivos en el futuro. En unos pocos casos, se usan cinco pines, de los cuales tres pines se usan para la red eléctrica y dos pines se usan para la señal de atenuación del dispositivo LED. En casos raros, se utilizan los pines 6 y 7. Con el creciente interés en los sensores de ciudades inteligentes e IoT, estos dos pines adicionales (6 y 7) ahora se ven como una forma directa de conectar sensores como sensores de calidad del aire, sensores de monitoreo de tráfico.

Desde la llegada del enchufe NEMA de siete pines, se ha instalado en decenas de millones de dispositivos LED. Esta gran base instalada presenta una oportunidad para que las ciudades, las empresas de servicios públicos u otros propietarios instalen sensores y dispositivos que puedan recopilar datos específicos que son valiosos para los clientes. Al diseñar la interfaz del sensor para satisfacer las necesidades del cliente, utilizar los pines 6 y 7 del receptáculo NEMA es una forma de extender la conectividad a las aplicaciones urbanas. El comité ANSI C136 está trabajando para estandarizar la interfaz y los protocolos de comunicación admitidos en los pines 6 y 7. Sin embargo, muchos fabricantes han implementado soluciones disponibles en el mercado actual.

LIBRO ZHAGA 18

Europa tradicionalmente no utiliza controles externos para lámparas individuales (dispositivos de iluminación). Por supuesto, también hay proyectos que requerirán la instalación de una base NEMA estándar ANSI para el uso futuro de controles inteligentes. Cada vez más proyectos de alumbrado público inteligente en Europa ahora especifican enchufes Zhaga encima de las lámparas. El controlador basado en Zhaga se deriva de la fuente de alimentación de bajo voltaje del controlador LED, lo que reduce el costo, reduce el tamaño y brinda confiabilidad porque hay menos componentes electrónicos en el controlador. Además, los sensores se pueden implementar agregando un segundo enchufe Zhaga en la parte inferior de la luminaria. Sin embargo, en algunos casos, estos sensores deben consumir muy poca energía debido a que la energía auxiliar que se utiliza para controlar el controlador LED del controlador es limitada.

Además de las funciones anteriores, creemos que la mayor ventaja de Zhaga es que estandariza los estándares relevantes. La especificación Zhaga define los requisitos de interfaz entre el motor de luz LED y la luminaria LED. Una buena especificación de la interfaz solo definirá la parte de interacción entre la luminaria y el motor de luz, mientras que no debería limitar innecesariamente el diseño del motor de luz o la luminaria. Una buena especificación de la interfaz debería permitir la innovación en el diseño interno del motor de luz y, al mismo tiempo, garantizará la estabilidad de la parte conectada a la luminaria. Mientras tanto, Zhaga también proporciona estándares para la unificación de motores de luz, diseño de controladores LED y diseño de sensores. Su propósito importante es facilitar el intercambio y la compatibilidad de productos de diferentes fabricantes dentro de la alianza. Esto puede promover la innovación y la competencia en las aplicaciones de iluminación LED, y el beneficiario final serán los consumidores.

Finalmente, Zhaga ha definido un proceso de certificación para acompañar sus estándares con el fin de generar confianza en la interoperabilidad. Implementado por una agencia de pruebas independiente, el estado de certificación de los productos se puede verificar con bases de datos y marcas registradas de acceso público para evitar abusos.

¿Cuáles son los beneficios de cada uno?

NEMA (ANSI C136.41)

Ventajas:

• Millones de luminarias LED ya están equipadas con este receptáculo.
• El sensor se puede agregar a cualquier farola con cambios limitados en el cableado de la luminaria.
• Se pueden implementar muchas aplicaciones conectadas a la ciudad (monitoreo del tráfico, calidad del aire, iluminación dinámica) para aumentar la flexibilidad de uso, incluidas aquellas con mayores demandas de energía.

Desventajas:

• Los dispositivos grandes encima de las lámparas pueden no ser estéticamente atractivos para algunos.

Zhaga Libro 18

Ventajas: 

• En algunos casos, el costo de propiedad es más bajo porque el controlador recibe energía del controlador LED de la luminaria.
• Proporcione señales y energía para sensores de baja potencia.
• Los controladores de tamaño pequeño pueden mejorar la apariencia.

Desventajas: 

• Aumenta la complejidad de los casos de uso de sensores urbanos conectados con requisitos de alta potencia.
• Puede incluir costos iniciales más altos para equipos que dependen de esquemas de cableado DALI.

¿Con cuál deberías ir para tus proyectos?

Ahora hay dos estándares principales en la industria de la iluminación, NEMA y ZHAGA. Todavía están en un período de lucha cuerpo a cuerpo y no hay un estándar unificado. Puede existir el problema de la construcción repetida después de tres o cinco años.

NEMA es una interfaz estándar en América del Norte. Basado en el control de luz original de NEMA, se puede usar como un controlador de una sola lámpara. Técnicamente, se usa más RF Mesh, y América del Sur también usa más NEMA y RF Mesh. ZHAGA fue propuesto por varias empresas europeas como Philips, por lo que ZHAGA será el estándar de control de iluminación en Europa en el futuro. Técnicamente, se utiliza principalmente la tecnología de comunicación LoRa y también se utiliza la tecnología NB.

A partir de la tendencia actual, es más probable que Zhaga gane, asumimos en base a los siguientes puntos

• Normas uniformes
• Potentes funciones
• Recomendado por los gigantes de la industria de la iluminación

Como cliente, sentimos que puedes tomar decisiones en base a tus propios proyectos. Por ejemplo, en las Américas, se puede priorizar NEMA, mientras que en Europa, se puede seleccionar Zhaga si el proyecto requiere un control inteligente.

PS: en la actualidad, la industria también está introduciendo equipos que reemplazan el enchufe NEMA con receptáculos que admiten los controladores estándar Zhaga. Es similar a un adaptador, que puede convertir la interfaz NEMA en una interfaz Zhaga. Tiene una fuente de alimentación conmutada AC-DC incorporada, una fuente de alimentación de salida 24VDC con una potencia de salida máxima de 5W. Y el costo es mucho más bajo que reemplazar un controlador de atenuación con salida de voltaje auxiliar. Por esto, puede resolver el escenario de la aplicación cuando el controlador del cliente no tiene una salida de voltaje auxiliar compatible con el controlador de la lámpara ZHAGA. Al mismo tiempo, NEMA también anunció la introducción de estándares similares.

Conclusión

A través de este artículo, esperamos que haya adquirido cierta comprensión de NEMA y Zhaga. Todos son organizaciones involucradas en la industria de la iluminación, con el objetivo de especificar estándares relevantes para la industria de la iluminación, y todos esperan que la industria de la iluminación pueda avanzar en el camino de la innovación. Tanto NEMA Socket como Zhaga Socket proporcionan interfaces para el control inteligente de la iluminación exterior. Son dos dispositivos diferentes. Pero su finalidad es la misma, al servicio de la industria y el control inteligente de lámparas. Si está interesado en farolas LED con interfaz NEMA o Zhaga, también puede contactarnos.

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