PoE: «горячая» тема

Валери Магвайр
Директор по стандартам и технологиям компании Siemon

Валери Магвайр, эксперт Siemonпо инфраструктуре, рассказывает о возможностях высококачественной поддержки приложений удаленного электропитания, таких как PoweroverEthernet (PoE), и советует, как избежать снижения производительности сети из-за нагрева проводников и пригорания контактов.

Менее чем за десятилетие технология удаленного питания революционизировала ИТ. Приложения, способные использовать сбалансированную медную витую пару для доставки питания постоянного тока IP-устройствам включают в себя поддержку точек беспроводного доступа 802.11ac с PoE Type 2 мощностью 30 Вт и поддержку цифрового видео Full HD, аудио, 100BASE-T и управляющих сигналов в телевизионных и дисплейных приложениях посредством технологии Power over HDBaseT (POH) с мощностью 100 Вт. Будущие реализации удаленного электропитания могут включать в себя приложения PoE Type 3 (60 ВТ) и Type 4 (100 Вт), рассматриваемые в настоящее время рабочей группой IEEE 802.3bt («DTE Power via MDI over 4-Pair. Task Force»). 

Между тем, используя PoE и другие подобные технологии удаленного электропитания, многие профессионалы отрасли упускают из виду, что эти приложения могут приводить к увеличению температуры в пучках кабелей и вызывать искрение, приводящее к порче контактов соединителей. Нагрев пучков кабелей потенциально может приводить к битовым ошибкам из-за серьезного ухудшения соотношения сигнал/шум, что негативно сказывается на показателе вносимых потерь, который обратно пропорционален температуре. Кроме того, пригорание контактов при размыкании соединителей под нагрузкой может привести к необратимому повреждению разъемов.

Как избежать ошибок сигналов и повторной передачи

Стандартная рабочая температура для структурированной кабельной проводки по ISO/IEC – от -20°C до 60°C. Развертывание отдельных приложений удаленного электропитания может увеличивать внутреннюю температуру в пучках кабелей на 10°C. Превышение температуры в структурированной кабельной проводке может вести к деградации материалов оболочки кабеля, потере механической целостности, вызывая необратимое ухудшение характеристик передачи данных, не покрываемое гарантией производителя.  Поскольку не существует способов охлаждения горячих кабелей или мониторинга увеличения температуры в проложенных кабелях из-за приложений удаленного электропитания, рекомендуемый подход состоит в минимизации рисков, связанных с чрезмерным ростом температуры, за счет выбора экранированного кабеля Категории 6A и продуктов более высоких категорий, которые эффективнее рассеивают тепло по сравнению с другими средами.

Очень важно знать, сколько тепла выделяется в кабеле из-за удаленной доставки электропитания, поскольку из-за этого растут потери в кабеле (увеличивается затухание сигнала), причем пропорционально температуре. Требования к характеристикам линии, определяемые всеми отраслевыми стандартами, основываются на рабочей температуре в 20°C. В стандартах TIA и ISO для определения максимально допустимой длины линии учитываются вносимые потери при температуре выше 20°C. У экранированных и неэкранированных кабелей снижение рабочих характеристик при увеличении температуры будет разным: у кабелей UTP при температуре выше 40°C оно втрое выше, чем у экранированной проводки.

Для горизонтальной проводки Категории 6A F/UTP максимально допустимая длина линии при 60ºC уменьшается с 90 до 83 м, то есть на семь метров, что вызвано увеличением вносимых потерь при росте температуры. Для сравнения, у линии UTP  при 60ºC это всего 72 м вместо обычных 90 м.

Экранированные кабели спроектированы для работы при температуре выше определяемых стандартами 60°C, а также допускают меньшее сокращение длины линии для сохранения характеристик. Результатом становится большая гибкость проектов, что позволяет охватить большее число рабочих мест и устройств в «конвергентной» среде здания. Например, экранированные кабели Siemon Категории 6A и 7A, обеспечивают механическую прочность при температуре 75°C. в результате экранированные кабели Siemon Категории 6A требуют уменьшения длины всего на 3 м при 60ºC или на 4 м при 70ºC, а полностью экранированные кабели Siemon Категории 7A позволяют вовсе не уменьшать длину линии и при удаленном электропитании поддерживают ток до 600 мA на всех четырех парах в среде с температурой до 70°C.

Основной вывод состоит в том, что такие улучшенные экранированные кабели Категории 6A и 7A наиболее стабильны в плане сохранения своих характеристик передачи данных при повышении температуры и лучше всего подходят для поддержки приложений удаленного электропитания в «горячей» среде. Рекомендуемые длины линии при увеличенной температуре рекомендуется уточнить у его производителя. 

Защита целостности

Наряду проблемой внутреннего нагрева пучков кабелей важно, чтобы при токовой нагрузке не повреждались смежные контакты соединительного оборудования СКС, особенно при многократном размыкании и замыкании контактов.

А настоящее время приложения удаленного питания обеспечивают некоторую защиту таких критических точек соединения: питание DC не подается в СКС, пока удаленное устройство (powered device, PD) не будет распознано питающим оборудованием (power sourcing equipment, PSE). К сожалению, если PD внезапно отключить, PSE не прервет подачу электропитания на модульный разъем. В такой ситуации, называемой «размыканием под нагрузкой», возникает электрическая микродуга. Хотя для человека она никакого риска не несет, создается электрический пробой газов в окружающей среде, что ведет к коррозии и появлению выщерблин на поверхности контакта в месте появления дуги.

Хотя важно помнить, что появление дуги и последующая порча контактов при определенных условиях размыкания и замыкания явление неизбежное, контакты проектируются таким образом, чтобы дуга не возникала при начальном соприкосновении поверхностей и не влияла на целостность соединения в конечной позиции, когда соединитель полностью входит в розетку.

Чтобы обеспечить надежность характеристик и целостность контактов, Siemon рекомендует применять только соединительное оборудование, независимо сертифицированное на соответствие стандарту IEC-60512-99-001. Этот стандарт специально разработан, чтобы гарантировать надежные соединения в приложениях удаленного электропитания, развертываемых с использованием сбалансированной кабельной проводки «витая пара».

Для максимальной гибкости и минимальных перерывов в работе при перемещениях, добавлениях устройств или изменениях выбирают зонную топологию СКС. Однако при такой топологии большинство точек соединения находятся в пространстве фальш-потолка или фальшпола, где температура может быть повышенной. Хотя в TIA и ISO/IEC основное внимание уделяется характеристикам кабелей со сплошным проводником в разных температурных условиях, хорошо известно, что многожильный проводник, применяемый в коммутационных шнурах, при увеличении температуры демонстрирует значительно больший рост вносимых потерь, чем кабели со сплошным проводником. К счастью, риск снижения характеристик из-за повышения температуры в зонной кабельной проводке можно уменьшить, используя для подключения оборудования шнуры со сплошными проводниками.

С ростом рынка IP-устройств с электропитанием по сети и развитием технологий электропитания способность кабелей и соединителей работать при повышенной температуре и под нагрузкой DC становится критически важной для долговечности кабельной инфраструктуры, используемой для поддержки PoE и других слаботочных приложений по витой паре. Выбор соединителей и кабелей, специально разработанных для токовых нагрузок с учетом повышенного нагрева и износа контактов – важный шаг, позволяющий свести к минимуму риски порчи компонентов и ошибки при передаче данных.

Итоговые рекомендации

Подводя итоги, можно выделить следующие четыре стратегии, гарантирующие, что ваша кабельная инфраструктура обеспечит бесперебойную работу систем удаленного электропитания и других приложений:

  • Используйте экранированную СКС Категории 6A или выше.
  • Применяйте кабели, предназначенные для работы при температуре до 75°C.
  • Выбирайте оборудование и коммутационные шнуры со сплошными, а не многожильными проводниками.
  • Чтобы гарантировать устойчивые рабочие характеристики и целостность контактов, устанавливайте соединительное оборудование, имеющее независимую сертификацию на соответствие стандарту IEC 60512-99-001.

Валери Магвайр
Директор по стандартам и технологиям компании Siemon