Schnittstellen zwischen externen Steuergeräten und Beleuchtungsanlagen: NEMA oder Zhaga-D4i?

Wenn Stadtverwaltungen eine Beleuchtungsmodernisierung in Betracht ziehen, kann Schréder alle Wünsche erfüllen, von der Modernisierung vorhandener Anlagen bis zur Installation komplett neuer Straßenleuchten samt deren Anbindung an ein zentrales Managementsystem (CMS), wie beispielsweise an Schréder EXEDRA.

Eine einzige einfache Entscheidung bei der Planung der Beleuchtungsmodernisierung kann den entscheidenden Unterschied ausmachen: Wir sind der Ansicht, dass sich Projektverantwortliche immer für eine vernetzbare Lösung entscheiden sollten. Weitere Informationen dazu erhalten Sie in unserem Whitepaper. Es erläutert, was vernetzbare Leuchten sind, welche Vorteile sie bieten und welche Auswahlmöglichkeiten Planer*innen zur Verfügung stehen.

Zu den wichtigsten Entscheidungen, die Anlagenbetreiber treffen müssen, zählt die Frage, ob die Wahl auf das System NEMA oder Zhaga fallen soll. Auf dieser Technologieseite werden beide Schnittstellen ausführlich behandelt. Es werden die damit verbundenen Standards und die Auswirkungen ihrer unterschiedlichen Architektur erläutert, damit Anlagenbetreiber eine fundierte Wahl treffen können. 

Sowohl NEMA als auch Zhaga sind zukunftsfähig, interoperabel und robust. Zwar sind wir der Meinung, dass Schréder EXEDRA hinsichtlich der Funktion und Skalierbarkeit das umfassendste Central Management System auf dem Markt ist. Allerdings sind wir auch der Ansicht, dass die Kund*innen selbst die Wahl haben sollten, welches System für ihre Stadt bzw. Kommune am besten geeignet ist. 
 

Ursprünge und regionale Unterschiede

NEMA

NEMA ist eine Abkürzung für „National Electrical Manufacturers Association“. Dabei handelt es sich um einen 1926 in den USA gegründeten Verband, der Normen für elektronische Produkte verfasst. Die Norm ANSI C136.41 spezifiziert die Schnittstelle zwischen externen Steuergeräten und Beleuchtungsanlagen. Sie wird hauptsächlich in den USA, in Großbritannien, Australien und Neuseeland verwendet, wo sie üblicherweise als NEMA-Schnittstelle bezeichnet wird. Diese Norm wurde mittlerweile auch in anderen Ländern eingeführt.

ZHAGA 

Das 2010 gegründete Zhaga Consortium hat die Entwicklung von Standards für die Schnittstellen von LED-Leuchtenkomponenten zum Ziel. Das Konsortium ist ein Mitgliedschaftsprogramm der IEEE Industry Standards and Technology Organisation. Die Zhaga-Spezifikationen, die sogenannten Books, betreffen elektrische, mechanische, optische, thermische Schnittstellen sowie Kommunikationsschnittstellen und ermöglichen die Interoperabilität von Komponenten. Die Einhaltung der Zhaga-Spezifikationen wird über ein Zertifizierungsprogramm sichergestellt, das von unabhängigen Prüfstellen durchgeführt wird. Das „Book“, das die Erweiterungsschnittstelle von Außenleuchten beschreibt, ist Book 18. Die erste Ausgabe wurde 2019 veröffentlicht. Der Standard ist mittlerweile in den meisten Ländern als De-facto-Standard anerkannt.

Unterschiedliche elektrische Architektur

NEMA

Bei der NEMA-Architektur wird die Wechselstromversorgung zunächst an den Sockel angeschlossen, sodass die Stromversorgung durch den Controller verläuft, bevor sie die Leuchte und den zugehörigen Treiber erreicht. Die NEMA-Steuerung ist direkt an das Stromnetz angeschlossen und wird noch vor der Leuchte mit Strom versorgt. Infolgedessen bietet die Steuerung neben der Netzanbindung und einer Dimm-Schnittstelle für das Leuchtensteuerungssystem auch Überspannungsschutz, eine Leistungsmessung und die Lastumschaltung. Die NEMA-Architektur wird daher immer bei Anlagen eingesetzt an denen die Leuchten auch tagsüber mit Spannung versorgt sind.

ZHAGA

Bei der Zhaga-Architektur erreicht die Wechselstromversorgung zuerst die Leuchte. Die Zhaga-Anschlussbuchse ist nur mit der vom Treiber bereitgestellten Niederspannungs-Betriebsstromversorgung verbunden. Daher bietet der Treiber einer Zhaga-D4i-Leuchte mit einer solchen Architektur im Vergleich zu einem herkömmlichen Treiber mehr Funktionen, wie z. B. verbesserten Überspannungsschutz, die Betriebsstromversorgung sowie Leistungsmessungs- und Diagnosefunktionen. Zudem ist eine gemäß Zhaga-D4i zertifizierte Steuerung wesentlich einfacher, da sie nicht mit dem Netzstrom verbunden ist. 

Anbindungsoptionen

NEMA

Die ANSI-Normen spezifizieren hinsichtlich der Anzahl der Pole (3-poliger, 5-poliger oder 7-poliger Steckverbinder) und der Polbelegung verschiedene NEMA-Anschlussbuchsen. Aus diesem Grund kann die NEMA-Schnittstelle mit einer Reihe von alternativen Protokollen verwendet werden. Dadurch ist sie flexibler und kann für unterschiedliche Anwendungen eingesetzt werden. Es ist jedoch schwieriger, eine vollständige Interoperabilität zwischen der Leuchte und den zugehörigen Peripheriegeräten zu gewährleisten, da die ANSI-Normen mehrere Alternativen unterstützen.  

ZHAGA

Das Ziel von Zhaga Book 18 ist die vollständige Interoperabilität, um sicherzustellen, dass zertifizierte Komponenten untereinander kompatibel sind, leicht gewartet und ausgetauscht werden können und dass eine Zhaga-D4i-LED-Leuchte nach der Installation auf sichere Weise aufgerüstet werden kann. Um diese Zusage der Interoperabilität sicherzustellen, schreiben die Spezifikationen von Zhaga Book 18 eine genaue Anzahl an Polen und deren Zuordnung vor, die bei jeder Anwendung berücksichtigt werden müssen.

Leistungsfähigkeit und elektrische Sicherheit

NEMA

Geräte, die über eine NEMA-Anschlussbuchse mit der Leuchte verbunden sind, werden direkt ans Stromnetz angeschlossen. Die Leistung, die für derartige Geräte zur Verfügung steht, ist daher nur durch die Strombelastbarkeit der NEMA-Anschlussbuchse begrenzt. In dieser Hinsicht ist die NEMA-Architektur sehr sinnvoll für Controller, die Funktionen mit hohem Leistungsbedarf erfüllen müssen. Da die Netzstromversorgung über die NEMA-Schnittstelle zwischen der Leuchte und deren Peripheriegeräten geteilt wird, müssen die Konzeption und der Betrieb des NEMA-Systems den geltenden elektrischen Sicherheitsvorschriften entsprechen.

ZHAGA

Geräte, die über eine Zhaga-Anschlussbuchse mit einer Zhaga-D4i-Leuchte verbunden sind, werden von der in der Leuchte vorhandenen Betriebsstromversorgung gespeist. Die maximale Anzahl der Peripheriegeräte und deren Stromverbrauch sind folglich begrenzt, um die Interoperabilität der Anlage zu gewährleisten. Die Controller müssen diese Grenzwerte unabhängig von den bereitgestellten Funktionen einhalten. Die Betriebsstromversorgung über die Zhaga-Anschlussbuchse arbeitet mit Niederspannung, was bei der Konzeption und beim Betrieb dieses Systems ein einfacheres elektrisches Sicherheitskonzept bedeutet.

Funktionen zur Leistungsmessung

NEMA

Bei der NEMA-Architektur ist die Leuchtensteuerung direkt an das Stromnetz angeschlossen und wird noch vor der Leuchte mit Strom versorgt. Der Controller verfügt in der Regel über eine Funktion zur Leistungsmessung und -überwachung der betreffenden Verbraucher. Messgenauigkeit und Messintervall hängen ausschließlich von den Spezifikationen der Leuchtensteuerung ab.

 

ZHAGA

Zhaga-D4i-Leuchtensteuerungen, die für den Betrieb an einer Zhaga-Anschlussbuchse mit Niederspannung ausgelegt sind, werden nicht an das Stromnetz angeschlossen. Daher ist es nicht möglich, elektrische Messgrößen hinsichtlich Leistung bzw. Energieverbrauch der Leuchte direkt zu messen. Bei Zhaga-D4i-Leuchten ist die Messfunktion in die Stromversorgung der Leuchte integriert. Dabei handelt es sich in der Regel um einen D4i-Treiber. Der Controller liest diese Daten einfach über die digitale Schnittstelle aus der Stromversorgung aus. Messgenauigkeit und Messintervall hängen von den Spezifikationen der Stromversorgung der Zhaga-D4i-Leuchte ab. Sie sind nicht Teil der Spezifikationen von Zhaga Book 18.

Datenfunktionen

NEMA

Der ANSI-Standard unterstützt verschiedene Steuersignale. Einige dieser Signale sind analog, z. B. 1-10 V, andere sind digital, wie beispielsweise DALI. Daher schreibt der ANSI-Standard keinen spezifischen Datensatz vor, der zwischen der Leuchte und ihren Peripheriegeräten austauschbar sein muss, da das Kommunikationsprotokoll, das zwischen ihnen verwendet wird, von Anwendung zu Anwendung unterschiedlich ist.

ZHAGA

Zhaga Book 18 verwendet den sogenannten D4i-Digitalbus und das Protokoll, das von der DALI Alliance spezifiziert wurde. Die gemäß Zhaga D4i zertifizierten Leuchten und Module interagieren daher digital und tauschen eine Vielzahl von Datensätzen aus, z. B. Informationen über die Leuchte und elektrische Mess- und Überwachungsdaten in standardisiertem Format.

Lebensdauer der Produkte

 

NEMA

Bei der NEMA-Architektur sind die Leuchtensteuerungen direkt mit dem Wechselstromnetz verbunden und somit Spannungsspitzen und Überspannungen ausgesetzt, die ihre Lebensdauer beeinträchtigen können. Die Leuchtensteuerungen sind permanent mit dem Stromnetz verbunden und trennen die Leuchte tagsüber elektrisch vom Netz. Dadurch wird die Lebensdauer der Leuchte auch beim Netzbetrieb rund um die Uhr geschont.   

ZHAGA

Gemäß der Spezifikation von Zhaga Book 18 ist die Leuchtensteuerung an einer Zhaga-Anschlussbuchse niemals direkt mit der Netzstromversorgung verbunden, sodass weniger potenzielle Beeinträchtigungen ihrer Lebensdauer durch Überspannung auftreten können. Die interne Stromversorgung der Leuchte ist dauerhaft mit dem Stromnetz verbunden, sodass sowohl die Leuchte als auch der Controller eingeschaltet bleiben und tagsüber im Netzbetrieb rund um die Uhr im Standby-Modus arbeiten.  

Ästhetik

NEMA

Da NEMA-Steuergeräte eine beträchtliche Anzahl an Komponenten und Funktionen enthalten, sind sie im Vergleich zur Größe der Straßenleuchten relativ groß, was die Gesamtästhetik des Ensembles beeinträchtigen kann.

 
ZHAGA

Zhaga-D4i-Steuergeräte sind in der Regel nur halb bis ein Drittel so groß wie ein typisches NEMA-Steuergerät, sodass sie an der Leuchte weniger stark auffallen.

Kosten

NEMA

NEMA-Steuergeräte bestehen aus mehr Komponenten und sind daher in der Regel teurer. Wenn eine vernetzbare Leuchte mit NEMA-Buchse ohne Controller installiert wird, muss eine elektromechanische Kurzschlusskappe eingesetzt werden. Andernfalls funktioniert die NEMA-Leuchte nicht. Die Kurzschlusskappen verursachen zusätzliche Kosten.

ZHAGA

Zhaga-D4i-Steuerungen benötigen keine Gleichrichter und keine Stromzählerschaltung, weshalb sie tendenziell kostengünstiger sind. Auf der anderen Seite können Zhaga-D4i-Leuchten teurer sein, da sie einen Treiber mit erweiterten Fähigkeiten benötigen. Wenn man eine vernetzbare Leuchte mit Zhaga-Buchse ohne Controller installiert, reicht zum Schutz der Anschlussbuchse eine einfache mechanische Abdeckung aus. Die Kappe kann entfernt werden, wenn eine Zhaga-D4i-Steuerung an der Leuchte angebracht wird.


Jede Stadt ist anders. Bei der Abwägung, ob man sich für NEMA- oder für Zhaga-D4i-Schnittstellen entscheiden sollte, geht man am besten von der angestrebten Beleuchtungsinfrastruktur und von der Art und Weise aus, wie die Beleuchtung in verschiedenen Bereichen genutzt werden soll. Beide Möglichkeiten weisen gewisse Vor- und Nachteile in Bezug auf die zukünftige intelligente Beleuchtungssteuerung auf, und bei beiden Systemen handelt es sich um offene Standards, die Flexibilität und Modularität bieten. Aus diesem Grund unterstützt Schréder beide Optionen: Zhaga-D4i und NEMA. Wie immer steht der Kunde im Mittelpunkt.