6 błędów, których należy unikać przy projektowaniu systemu okablowania PoE
Power over Ethernet (PoE) wykorzystuje skrętkę do dostarczania prądu stałego do wielu urządzeń. PoE zrewolucjonizowało sposób działania nowoczesnych infrastruktur sieciowych, umożliwiając podłączenie i zasilanie wielu urządzeń w sposób wygodny i ekonomiczny. PoE szczególnie dobrze nadaje się do urządzeń o niskiej mocy, takich jak czujniki IoT i punkty dostępowe wifi, ale najnowsze standardy pozwalają na przenoszenie do 90W (71,3W dostarczane). Otwiera to możliwości PoE dla nowych typów urządzeń i funkcjonalności.
Chociaż PoE wykorzystuje okablowanie Ethernet i komponenty znane wielu specjalistom IT, istnieją dodatkowe czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy projektowaniu sieci, od której będzie się oczekiwać przenoszenia zasilania.
1. Myślenie krótkoterminowe – planowanie pod „bieżące potrzeby”
Infrastruktura okablowania prawdopodobnie nie będzie gotowa na przyszłość, jeśli weźmiemy pod uwagę tylko aplikacje, które chcemy obsługiwać dzisiaj. To samo dotyczy każdej instalacji sieciowej lub technologicznej.
Myśląc o PoE, klienci mogą rozważać swoje bieżące zapotrzebowanie na urządzenia takie jak telefony, czujniki i oświetlenie, które mają stosunkowo niskie wymagania dotyczące mocy i danych. Jednak urządzenia stają się coraz bardziej wyrafinowane i potężne, a systemy inteligentnych budynków oparte na IoT stają się powszechne nie tylko w biurach, ale też w szkołach, szpitalach i przemyśle 4.0. PoE typu 3 i 4 może dostarczyć ponad 60W mocy, a oprócz zasilania znacznie szerszej gamy urządzeń budynkowych i IoT, umożliwia też zasilanie urządzeń takich jak sprzęt audiowizualny, stacje robocze i punkty sprzedaży przez tę samą sieć – jeśli istnieje odpowiednia infrastruktura.
Instalacja okablowania wyższej kategorii lub o większym przekroju może zapewnić przestrzeń dla bardziej wyrafinowanych zastosowań PoE, które mogą być łatwo uruchomione gdy zajdzie taka potrzeba.
2. Błędne planowanie – gromadzenie się ciepła
W kablach PoE zawsze będzie wytwarzane ciepło. Im większa moc, tym większy wzrost temperatury; a im więcej kabli w wiązce, tym mniej ciepła jest w stanie się rozproszyć, zwłaszcza w środku wiązki. Pewien wzrost temperatury jest nieunikniony, ale można i trzeba nim zarządzać.
Wpływ wzrostu temperatury na kable może być znaczący. Ciepło zwiększa tłumienie (IL) i dlatego zmniejsza ogólną wydajność systemu okablowania, obniżając siłę sygnału (dB), co może przyczynić się do zwiększenia współczynnika błędów bitowych i obniżenia wydajności sieci. Wzrost IL o zaledwie 2dB powoduje zmniejszenie o połowę dostępnej siły sygnału. Straty wtrąceniowe rosną wraz z temperaturą, typowo 0,4% na 1°C dla kabli komunikacyjnych. Wreszcie, efekt nagrzewania jest proporcjonalny do kwadratu prądu płynącego w przewodnikach. Dlatego wzrost prądu źródłowego o 50% spowoduje 125% wzrost mocy, która jest rozpraszana w postaci ciepła w kablu.
Nadmierne ciepło przyspiesza również fizyczne zużycie kabla.
Zgodnie z zaleceniami norm międzynarodowych, maksymalny rozmiar wiązki kabli wynosi 24, a maksymalny wzrost temperatury w środku wiązki kabli nie może być większy niż 10°C / 50°F. Należy pamiętać, że są to maksymalne wartości dopuszczone przez te normy i w zależności od rodzaju zastosowania, kabla i instalacji, maksymalna wielkość wiązki kabli może być mniejsza. Kable z ekranem metalicznym lub foliowym odprowadzają więcej ciepła niż nieekranowane kable UTP. Należy również zapewnić odpowiednie odstępy między wiązkami kabli, najlepiej utrzymywane przez fizyczne bariery zapobiegające niezamierzonemu przemieszczaniu się wiązek.
3. Ignorowanie zasad projektowania przy stosowaniu przewodów 28 AWG
Kable krosowe 28 AWG są cieńsze niż 24 lub 26 AWG, co czyni je idealnymi do instalacji, gdzie przestrzeń jest ograniczona. Cienkie kable mogą być używane do PoE, ale należy uwzględnić dodatkowe wymagania projektowe.
Zazwyczaj kable o mniejszej średnicy (kable o większym AWG) mają większe straty wtrąceniowe niż kable grubsze, dlatego kanały wyposażone w te typy kabli muszą być skracane, aby zapewnić wystarczający stosunek sygnału do szumu. Dla kabla krosowego o przekroju 28 AWG współczynnik redukcji wynosi 1,95.
Cieńsze kable mają również większą rezystancję DC i w rezultacie generują więcej ciepła na jednostkę prądu. W niektórych środowiskach cieńsze kable mogą ułatwiać przepływ powietrza, ale gdy tylko kable zostaną połączone w wiązki, ta korzyść zostaje utracona. Maksymalny rozmiar wiązki musi być zmniejszony, aby zapewnić, że kable nie przekroczą swojej temperatury znamionowej.
Normy międzynarodowe określają wzrost temperatury dla różnych wiązek kablowych i różnych poziomów prądu, podają zalecenia dotyczące rozmiarów wiązek kablowych i odstępów między nimi.
Tutaj można zapoznać się z ofertą kabli miedzianych firmy Molex.
4. Stosowanie miedziowanych kabli aluminiowych
Kable aluminiowe z powłoką miedzianą są obecne na rynku od jakiegoś czasu, ponieważ producenci starają się opracować tańsze alternatywy dla miedzi. Jednak w instalacjach Ethernetowych kable te nie tylko nie są zgodne z normami, ale mogą stanowić poważne problemy i zagrożenia dla bezpieczeństwa.
Rezystancja litego kabla aluminiowego jest o około 55% większa niż dla kabla miedzianego o tej samej średnicy. Większa rezystancja spowoduje zwiększenie ciepła w kablu i mniejszą wartość napięcia na zasilanym urządzeniu.
Zarówno normy ANSI/TIA jak i ISO/IEC wymagają, aby skrętka do transmisji danych była w 100% miedziana.
5. Oczekiwanie, że system okablowania będzie obsługiwał odpowiednie aplikacje PoE, ponieważ kabel ma oznaczenie UL LP (standard w USA)
Testy UL LP (Limited Power) określają, ile amperów może przenieść dany przewód. Dla skrętki typowe wyniki wahają się od 0,5 do 0,9 ampera.
Jednakże klasa LP ma na celu ocenę okablowania tylko z punktu widzenia bezpieczeństwa. Nie gwarantuje ona wydajności sieci Ethernet lub zdalnego zasilania.
Kabel z certyfikatem LP jest certyfikowany przez UL jako taki, który nie przekracza swojej temperatury znamionowej w określonych warunkach, ale niezależnie od tego, czy okablowanie posiada certyfikat LP, czy nie, w przypadku wprowadzenia wyższych temperatur, zasięg i wydajność kabla ulegnie pogorszeniu z powodu strat wtrąceniowych – nie wspominając o przyspieszonym zużyciu fizycznym kabla.
6. Ignorowanie uszkodzeń styków spowodowanych przez połączenia i rozłączenia, gdy okablowanie jest pod obciążeniem
Zgodnie z normami międzynarodowymi, projektowanie i eksploatacja kanału musi uwzględniać wpływ łączenia i rozłączania styków pod obciążeniem.
Im większa rezystancja styków, tym większe straty i gorętsze styki. Dlatego styki złącza/kabla mają coraz większe znaczenie w przypadku 4-parowego PoE. Styk z przemieszczeniem izolacji (IDC) jest znacznie lepszy od złącza z przebiciem izolacji (IPC) pod względem niezawodności kontaktu, przy czym technologia IDC oferuje wyższą długoterminową stabilność. Technologia przemieszczania izolacji tworzy połączenie porównywalne do połączenia lutowanego. W przeciwieństwie do nich, złącza IPC jedynie przebijają izolację i tworzą luźny kontakt. Z czasem stabilność styku IPC zmniejsza się. Może to stać się poważnym problemem, jeśli styki są zakłócane przez drobne łuki podczas rozłączania pod obciążeniem. Konstrukcja styku jest również problemem w tym kontekście.
Podczas rozłączania prąd ostatecznie przepływa przez niewielką pozostałą powierzchnię styku. Podczas wyciągania styku powstają iskry. W ten sposób powstaje plazma o niezwykle wysokiej temperaturze, która może spowodować lokalne uszkodzenie styku. Wysokiej jakości połączenia wtykowe, takie jak gniazda Molex Connected Enterprise Solutions DataGate, są zatem wykonane w taki sposób, aby stworzyć wystarczającą odległość między punktem wyciągnięcia a nominalnym obszarem styku, minimalizując to ryzyko.
Przewodnik wdrażania instalacji PoE
Użytkownicy Molex CSP mają do dyspozycji szereg materiałów pomocnych w pracy z technologią PoE, w tym Przewodnik wdrażania instalacji PoE oraz Kalkulator PoE. Kalkulator PoE to bezpłatne narzędzie oparte na programie Excel, które usprawnia wiele niezbędnych obliczeń dla sieci PoE, ostrzegając o ryzyku niezgodności z przepisami lub nieodpowiednich wyborach projektowych. Jeśli nie pobrałeś jeszcze kopii, zaloguj się teraz w CSP, aby uzyskać dostęp. Kalkulator PoE można pobrać z działu “Electronic Tools”, a Przewodnik wdrażania PoE można znaleźć w dziale “Technical Bulletins”.
Jeśli nie jesteś jeszcze użytkownikiem CSP, odwiedź stronę https://csp.molex.com/ , aby zacząć.