Кабели за захранване по Ethernet

ЕлектроапаратурaСп. Инженеринг ревю - брой 8/2017 • 30.11.2017

Кабели за захранване по Ethernet
Кабели за захранване по Ethernet
Кабели за захранване по Ethernet

През последните десет години захранването по Ethernet (PoE) и PoE+ осигуряват на фирми и съоръжения проста и удобна опция за захранване на устройства. Съществуват няколко аргумента в подкрепа на внедряването на PoE.

На първо място, с предаването на мощност и данни по един и същи кабел се елиминира необходимостта от допълнително окабеляване, спестяват се разходи за кабелни материали, труд и администрация. Това обединяване също така осигурява по-бързо внедряване в крайната точка, особено при устройства в отдалечени помещения като например безжични точки за достъп, охранителни камери, складови и търговски зони.

PoE също така позволява централизирано разполагане на захранването, като играе ключова роля в поддържането на нови управления за интелигентни сгради, които се адаптират към отделните потребители и интернет на нещата (IoT). Вместо да има отделни захранвания за всяко устройство, чрез централизирано захранване може да се постига много по-голяма ефективност. Намалявайки значително разходите за енергия, PoE помага на фирмите да постигнат корпоративните си цели по отношение на устойчивостта.

PoE успешно намира приложение в различни области. Безжични точки за достъп, захранвани чрез PoE, могат да бъдат монтирани в зони, където обикновено няма контакт за променлив ток и дори могат да бъдат управлявани чрез PoE комутатор. IP камерите за наблюдение, използващи PoE, могат да бъдат разположени в по-отдалечени райони, а по-голямата мощност може да поддържа повече функции на камерата, като тази за движение по двете оси и увеличение, а също така и вградени нагреватели. 

В интелигентните сгради PoE се използва за поддържане на осветителни системи, ОВК инсталации, дигитално сигнализиране, аварийни системи и др. Употребата на PoE ще продължи да се разраства с поддръжката на още по-голям набор от устройства и с все по-разнообразни приложения. 

Въпреки това, ако окабеляването и конструирането на мрежата не са извършени правилно, следващото поколение PoE може да се сблъска с проблеми, касаещи се до свързаността и нагряването на кабелите, които могат да оказват неблагоприятно влияние върху производителността. Организациите, които се занимават със стандартизацията на кабелите, работят за разширяване на потенциала на използването на PoE, определяйки проблемите, свързани с безопасността и производителността им.

Еволюция на PoE стандартите
Технологията PoE за пръв път се появи през 2003 г. в стандарта IEEE 802.3af и първоначално беше проектирана спрямо спецификациите за мрежови кабели категория 5, за да осигурява приблизително 13 W към захранено устройство с ток от 350 mA с Ethernet скорост до 100 Mbps. Според този стандарт захранването се подава по две двойки проводници, като обаче не се осигурява възможност за захранване по всички четири двойки проводници едновременно.

През 2009 г. бяха направени значителни промени в технологията PoE с ратифицирането на стандарта 802.3at. Те включват определянето на категория 5 на кабелите като минимална необходима за поддържане на новия стандарт PoE+. С тази ратификация до устройствата сега могат да се доставят 25,5 W и 600 mA ток.

Понастоящем съществува необходимост от стандартизиране на PoE за устройства с по-високи мощности, тъй като много от устройствата, които ползват тази технология, вече изискват мощност, надхвърляща това, което се покрива от съществуващите нормативи. Необходимост от по-големи мощности е установена на много пазари например здравеопазването, търговията на дребно, финансите, офис оборудването, охранителните системи и промишлеността. 

През 2018 г. също се предвижда значителен ръст в PoE портовете с висока мощност за индустриалната автоматизация, тънките клиенти и решенията за управление на сградите.

През 2013 г. IEEE назначи работна група за създаване на нов стандарт за PoE, 802.3bt, който ще включва поддръжка на 10GBASE-T и ще определи две нови нива на мощност за захранващо оборудване: Тип 3 - до 60 W и Тип 4 за повече от 100 W. Публикуването на 802.3bt се очаква в началото на 2018 г.

Новият стандарт ще дефинира също така и PoE по четирите двойки проводници. В предишните стандарти мощността е ограничена само до две двойки, което отговаря на нуждите на устройства, които изискват по-ниска мощност, като например 13 и 25 W. Но тъй като технологията се разви така, че да поддържа и устройства с по-високи мощности, с PoE по четирите двойки проводници големината на наличната мощност ще се удвои. При пренасяне на енергия и на данни по една и съща кабелна двойка те не си влияят взаимно.

Фактори при избора на кабели за PoE
Има четири ключови параметъра според кабелния тип и приложението, които определят способността на даден кабел да поддържа PoE. Всяка една от следните характеристики – размер на проводника, структура на кабела, тип на инсталацията и работен температурен обхват – е от решаващо значение за осигуряването на безопасна работа с PoE.

Дори малки промени в един от тези четири параметъра могат да повлияят на цялостното повишаване на температурата при използване на PoE. Също толкова важен, колкото изборът на правилния тип кабел, е изборът на кабел с високо качество и висока надеждност. С увеличаването на количеството на доставяната мощност трябва да се обръща все по-голямо внимание на избора на подходящия кабел, а оттук – и на правилния производител.

Възможностите на PoE могат силно да бъдат повлияни от кабели извън стандарта, като например фалшиви кабели с алуминиеви проводници или кабели с некоректна маркировка. Затова, за да се избегнат тези рискове, е силно препоръчително да се избират кабели от доказани производители, за които се знае с какво качество е тяхната продукция.

Както е известно, електрическото съпротивление на проводника при PoE определя количеството генерирана топлина в кабела. По-големи размери на проводниците водят до понижаване на електрическото съпротивление, а по този начин и до редуциране на загубата на мощност (под формата на генерирана топлина) в самия кабел. Всеки един процент на намаляване на съпротивлението на проводника води до понижаване на разсеяната мощност в кабела със същия коефициент.

Повишаването на температурата на кабелите с PoE приложение също така зависи от цялостната структура на кабела. Резултатите от редица проучвания показват, че кабелите с метално защитно покритие демонстрират по-добро разсейване на топлината от UTP кабелите.

По-високият работен температурен обхват на кабелите позволява в кабела да може да се разсейва по-голямо количество енергия и/или осигурява възможност за използване на кабелите в условия с по-висока температура на околната среда. Типичните работни температури на кабелите са 60°, 75° и 90°C. За специални приложения чрез използването на материали с по-добри характеристики може да бъде постигнат и по-широк работен обхват, например до температури до 200°C.

С покачването на температурата на кабела се влошават електрическите му свойства. Също така прекомерното покачване на температурата в кабела може да окаже изключително неблагоприятно влияние върху функционалността и издръжливостта му. Екранираните кабели имат доказано по-силна защита от температурно индуцирано електрическо разграждане, отколкото UTP кабелите.

И на последно място, но не и по значимост, е инсталационната конфигурация на кабелите. Монтажът оказва влияние върху количеството термично съпротивление, през което топлината от кабела трябва да се разсее към околната среда, а конфигурацията на кабелите има много голям ефект върху способността за разсейване на топлината.

По-голямо термично съпротивление и по-високи температури на проводниците се получават при по-големи кабелни снопове, такива снопове от кабели, разположени в непосредствена близост един до друг, както и от други особености на инсталацията, които водят до задържане на топлината в кабела. Значението на размера на снопа и наличието на кабелопровод е много определящо.

Цялост и ефективност на връзките
Друго съображение при по-високотоково PoE е вероятността RJ-45 конекторите в мрежата да се повредят с времето. По-конкретно, ако се изключи захранващият кабел, докато връзката е под напрежение, може да възникне малка електрическа дъга между конектора и щепсела.

По време на работа контактите на щепсела се намират върху “сглобката” в конекторите на съединителя. Дъгата се образува в точката, в която контактите на щекера се отделят от контактите на съединителя по време на изключването. Макар че не възниква непосредствена повреда (и дъгата не е опасна за потребителите), този процес може да доведе до увреждане на конектора и на захранващия кабел след многократни прекъсвания, отслабвайки по този начин целостта на връзката.

Винаги трябва да се използват контактори и съединителни кабели с накрайници с 50 микронно златно покритие. На пазара се предлагат конектори и съединителни кабели, които нямат златно покритие и често се продават на много по-ниска цена. Тези несъответстващи кабели ще се повреждат още по-често, когато се използват за PoE. В допълнение, конекторите трябва да отговарят и на изискванията за съпротивление на контактите, които се съдържат в стандарта IEC 60512-99-001, регламентиращ характеристиките на конекторите за електронно оборудване.

Също така е препоръчително да се използва конектор, който е проектиран така, че да поддържа точката на свързване между контактите на конектора и щепсела на определено разстояние от точката на възникване на дъга.

Новият брой 8/2017

брой 8-2017

ВСИЧКИ СТАТИИ | АРХИВ

ЕКСКЛУЗИВНО

Top