Захранване с Power over Ethernet

15 октомври 2020 г., 5:00 ч. Сутринта | Норберт Мьолер/на

За да се намалят ресурсите и разходите, практическото захранване чрез Power over Ethernet е идеално за определени области на приложение. Важно е обаче да вземете предвид няколко основни технически изисквания и да изберете правилното качество на кабела.

Във фирмена мрежа не всяко съвместимо с мрежа устройство изисква напрежение 230 волта. С Power over Ethernet (PoE), съвместими устройства като VoIP телефони или активни мрежови компоненти могат да се захранват директно чрез мрежовия кабел. Това означава, че не е необходима специална електропроводна линия, която да прониква в най-отдалечените ъгли на помещенията, само за да се осигури енергия за камера за наблюдение, например.

Структура и функционалност

С Power over Ethernet предаването на енергия се осъществява в същия кабел като мрежовите данни. Захранването се извършва или чрез PoE превключвател (краен диапазон) или чрез поставен PoE инжектор (midspan). Захранването може да се подава чрез така нареченото фантомно захранване, при което двойките проводници за пренос на данни на мрежовия кабел предават мощността. Токът, който трябва да се предаде, се наслагва върху мрежовите данни. Друг вариант е методът на резервните двойки, който използва двете неизползвани двойки проводници (4/5 и 7/8) за предаване на мощност с 10Base-T и 100Base-T.

PoE стандарти

Към 2019 г. има три версии на PoE спецификацията: Стандартът „IEEE 802.3af“ (PoE) използва само стандартите за предаване 10Base-T и 100Base-TX. Стандартът теоретично осигурява максимално захранване до 15,4 вата на порт за превключване с напрежение между поне 44 и максимум 57 волта и ток от 350 милиампера. Ако се използва кабелна трасе от 100 метра, на практика все още има максимален капацитет за извличане от около 12,95 вата. Когато захранването се подава чрез фантомно захранване, мощността и данните се предават чрез двойки проводници 1/2 и 3/6. Ако, от друга страна, се използва методът на резервните двойки, трафикът на данни се осъществява чрез проводници 1/2 и 3/6, докато токът протича през неизползваните проводници 4/5 и 7/8. За захранване през Ethernet съгласно IEEE 802.3af, поне един кабел от типа Cat. 3 да се използва.

За да увеличи броя на устройствата, захранвани с PoE и да може да отговори на изискванията за производителност на устройствата, като отопление на камерата или обхвата на точките за достъп, наследникът IEEE 802.3at (PoE +) е увеличил максималното захранване до 25,5 Ватове на порт за превключване. След приспадане на загубите, които възникват при практическа употреба, около 21,9 вата от това остават като максимален капацитет за изтегляне. Освен това минималното напрежение в сравнение с предшественика му сега е 50 волта, а токът е 600 милиампера. PoE в съответствие със стандарта IEEE 802.3at е подходящ и за 1000Base-T, въпреки че трябва да се отбележи, че методът на резервни двойки не може да се използва с Gigabit Ethernet, тъй като данните се предават на всички налични двойки проводници. За работа с PoE + е необходим стандартен кабел от категория 5.

С текущата итерация на PoE стандарта IEEE 802.3bt (4PPoE/PoE ++), изходът постигна допълнително значително увеличение до до 100 вата. Има разделение на четири типа.

След като в предишните версии за захранване са използвани само две двойки проводници, всички четири двойки проводници вече се използват с 4PPoE, освен тип 1. Съответно за захранването с енергия се използва само методът на фантомно подаване.

PoE на практика

Таблица 1. Разделяне на PoE стандарта на четири типа.

Предимства на PoE

В много случаи може да се запази отделна електропроводна линия, като се използва захранване през Ethernet. Не е необходимо да поставяте специален захранващ кабел към камера за наблюдение, инсталирана в най-отдалечения ъгъл на помещенията на компанията. Освен това централизираното захранване през мрежата елиминира нуждата от много външни захранвания, като тези в IP телефоните.
Следващият пример показва, че PoE също може да спести разходи: Инсталирането на пет IP камери за наблюдение вече води до спестяване от 500 евро. Въпреки че IP камерите с PoE са около два пъти по-скъпи от конвенционалната версия, няма разходи за захранващи връзки. Освен това необходимото работно време се намалява с около 50 процента, което в крайна сметка се отразява в потенциални икономии от 500 евро в полза на PoE решението.

Проблемът със затоплянето

Тъй като мрежовите кабели обикновено не се полагат поотделно, а в пакети, повишаването на температурата на кабела при използване на PoE е фактор, който не бива да се подценява. Прилага се следният принцип: колкото по-висока е мощността, толкова по-високо е повишаването на температурата. Освен това отопляемите кабели имат по-голямо затихване, което има отрицателен ефект върху предаването на сигнала. Напречното сечение на кабелния проводник е много важно, тъй като влияе, наред с другото, на устойчивостта на постоянен ток. С увеличаване на електрическата мощност в зависимост от тока, това съпротивление на линията осигурява загуба на мощност - преобразувана в топлина.

ISO/IEC 11801

ISO/IEC 11801 определя максимално съпротивление на контура на постоянен ток (= 2x съпротивление на линия) от 21 ома за кабелна секция (постоянна връзка). Поради тази причина при планирането на окабеляването на сградата се изискват спецификации относно подходящ диаметър на проводника. Кабел, положен в сноп с напречно сечение на проводник 0,4 милиметра (AWG 26), загрява значително повече от кабел с 0,63 милиметров проводник (AWG 22).

Таблица 2: Преглед на спестяванията на разходи.

В допълнение към напречното сечение на проводника не трябва да се пренебрегва и структурата на кабела. Един прост неекраниран кабел с усукана двойка (UTP) без допълнително екраниране загрява значително повече от екраниран кабел с усукана двойка (STP). Металът в екрана разсейва отпадъчната топлина по-ефективно от UTP кабела, което в крайна сметка води до намалена температура в кабела. Начинът на полагане на кабела също влияе върху топлинното натоварване. Отворените или полуотворените кабелни канали се оказаха изгодни. Затворените канали и тръби обаче са по-малко подходящи. В допълнение към самите кабели, не трябва да се пренебрегват и топлинните загуби, които възникват в източниците на напрежение. Отпадъчната топлина се натрупва при захранване на множество устройства, например при използване на хъб със среден диапазон в шкафа за данни.

Заключение