Многие специалисты отрасли упускают из виду, что использование PoE и других технологий удаленного электропитания может стать причиной повышения температуры в пучках кабелей и вызывать искрение, приводящее к порче контактов соединителей. Как избежать снижения производительности сети из-за нагрева проводников и пригорания контактов при использовании питания по Ethernet?

 

Менее чем за десятилетие технология удаленного питания видоизменила ИТ. Сегодня медная симметричная витая пара используется среди прочего для подачи постоянного тока на точки беспроводного доступа 802.11ac с помощью технологии PoE Type 2 мощностью 30 Вт и доставки цифрового видео Full HD, аудио, 100Base-T и управляющих сигналов в телевизионных и дисплейных приложениях с использованием технологии Power over HDBase-T (POH) с поддерживаемой мощностью 100 Вт. В перспективе для удаленного электропитания планируется реализовать 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 многие специалисты отрасли упускают из виду то, что использование PoE и других технологий удаленного электропитания может стать причиной повышения температуры в пучках кабелей и вызывать искрение, приводящее к порче контактов соединителей. Нагрев пучков кабелей опасен возможностью возникновения битовых ошибок из-за серьезного ухудшения соотношения сигнал/шум, так как вносимые потери напрямую зависят от температуры. Кроме того, пригорание контактов при размыкании соединителей под нагрузкой может привести к необратимому повреждению разъемов.

 

Рис. 1. При «размыкании под нагрузкой» возникает электрическая микродуга. В окружающей среде создается электрический пробой газов, что ведет к коррозии и появлению выщербин на поверхности контакта в месте появления дуги
Рис. 1. При «размыкании под нагрузкой» возникает электрическая микродуга. В окружающей среде создается электрический пробой газов, что ведет к коррозии и появлению выщербин на поверхности контакта в месте появления дуги

 

КАК ИЗБЕЖАТЬ ОШИБОК СИГНАЛОВ И ПОВТОРНОЙ ПЕРЕДАЧИ

Согласно ISO/IEC, стандартная рабочая температура для структурированной кабельной проводки составляет от –20 до 60°C. Из-за использования отдельных приложений удаленного электропитания внутренняя температура в пучках кабелей может повыситься еще на 10°C, что чревато деградацией материалов оболочки кабеля, потерей механической целостности и, как следствие, необратимым ухудшением характеристик передачи данных, непокрываемым гарантией производителя. Поскольку каких-либо способов охлаждения горячих кабелей или мониторинга температуры в проложенных каналах не существует, рекомендуемый подход состоит в минимизации рисков, связанных с чрезмерным ростом температуры, путем установки экранированного кабеля Категории 6A и продуктов более высоких категорий, которые эффективнее рассеивают тепло по сравнению с другими средами передачи.

Очень важно знать, сколько тепла выделяется в кабеле при дистанционной подаче электропитания, поскольку вносимые потери растут (затухание сигнала увеличивается) пропорционально температуре. Требования к характеристикам линии, определяемые всеми отраслевыми стандартами, задаются исходя из рабочих 20°C.

В стандартах TIA и ISO специфицируется коэффициент ухудшения номинальных характеристик вносимых потерь для определения максимально допустимой длины линии при температуре выше 20°C. Следует учесть, что при температуре более 40°C у неэкранированных кабелей UTP ухудшение рабочих характеристик втрое выше, чем у экранированной проводки.

Для горизонтальной проводки Категории 6A F/UTP максимально допустимая длина линии при 60°C уменьшается с 90 до 83 м, то есть на 7 м, что вызвано увеличением вносимых потерь при повышении температуры. Для сравнения, у линии UTP при 60°C этот показатель составляет всего 72 м вместо обычных 90 м.

Кроме того, экранированные кабели, спроектированные для работы при температуре выше определяемых стандартами 60°C, обеспечивают меньшее сокращение длины линии при сохранении характеристик. В результате при реализации различных проектов удается подключить большее число рабочих мест и устройств к «конвергентной» среде здания. Например, экранированные кабели Siemon Категории 6A и 7A обеспечивают механическую прочность при температуре 75°C. В результате при использовании экранированных кабелей Категории 6A максимальная длина уменьшается всего на 3 м при 60°C или на 4 м при 70°C, а в случае полностью экранированных кабелей Категории 7A вовсе нет необходимости сокращать длину линии, причем в среде с температурой до 70°C при удаленном электропитании может передаваться ток до 600 мA по всем четырем парам.

Основной вывод состоит в том, что такие улучшенные экранированные кабели Категории 6A и 7A наиболее стабильно сохраняют свои характеристики передачи данных при повышении температуры и лучше всего подходят для поддержки приложений удаленного электропитания в горячей среде. Рекомендуемую длину линии при повышенной температуре следует уточнить у производителя.

Рис. 2. Зависимость вносимых потерь и максимальной длины линии от температуры для разных категорий кабеля
Рис. 2. Зависимость вносимых потерь и максимальной длины линии от температуры для разных категорий кабеля

 

ЗАЩИТА ЦЕЛОСТНОСТИ

Важное значение имеет также минимизация повреждений ответных контактов соединительного оборудования СКС из-за их многократного замыкания и размыкания при нахождении под токовой нагрузкой.

В настоящее время приложения удаленного питания предусматривают некоторую защиту таких критических точек соединения: питание постоянного тока не подается в СКС, пока удаленное устройство (Powered Device, PD) не будет распознано питающим оборудованием (Power Sourcing Equipment, PSE). К сожалению, если не отключить PD, PSE не прервет подачу электропитания на модульный разъем при его размыкании. В такой ситуации, называемой «размыканием под нагрузкой», возникает электрическая микродуга. Для человека она никакого риска не несет, однако в окружающей среде создается электрический пробой газов, что ведет к коррозии и появлению выщербин на поверхности контакта в месте появления дуги.

Хотя появление дуги и последующая порча контактов при определенных условиях размыкания и замыкания — явление неизбежное, контакты проектируются таким образом, чтобы дуга возникала при начальном «скользящем» контакте поверхностей и не влияла на целостность соединения в конечной позиции, когда вилка полностью входит в розетку.

Чтобы обеспечить надежность характеристик и целостность контактов, рекомендуется применять только соединительное оборудование, сертифицированное на соответствие стандарту IEC-60512-99-001 независимыми организациями. Этот специально разработанный стандарт позволяет гарантировать надежные соединения в приложениях дистанционного электропитания, развертываемых с использованием симметричной кабельной проводки «витая пара».

Для максимальной гибкости и минимальных перерывов в работе при перемещениях, добавлениях или изменениях оборудования предпочтительна зонная топология СКС. Однако при такой топологии большинство точек соединения находятся в пространстве фальш-

потолка или фальшпола, где повышенная температура весьма вероятна. Хотя в TIA и ISO/IEC основное внимание уделяется зависимости от температуры характеристик кабелей со сплошным проводником, хорошо известно, что при нагреве многожильных проводников, применяемых в коммутационных шнурах, рост вносимых потерь значительно больше, чем в случае кабелей со сплошным проводником. К счастью, риск ухудшения характеристик из-за повышения температуры в зонной кабельной проводке можно уменьшить, используя для подключения оборудования шнуры со сплошными проводниками.

По мере роста рынка IP-устройств с электропитанием по сети и развития технологий дистанционного питания способность кабелей и соединителей работать при повышенной температуре и под токовой 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, — важная мера, позволяющая свести к минимуму риски порчи компонентов и ошибок при передаче данных.

 

Рис. 3. Корректирующий фактор для предельно допустимых значений возвратных потерь с изменением температуры согласно стандартам ISO/IEC и TIA
Рис. 3. Корректирующий фактор для предельно допустимых значений возвратных потерь с изменением температуры согласно стандартам ISO/IEC и TIA

 

ИТОГОВЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Подводя итог, можно выделить следующие четыре правила, следуя которым можно быть уверенным, что ваша кабельная инфраструктура обеспечит бесперебойную работу систем дистанционного 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;
  • устанавливайте соединительное оборудование, имеющее независимую сертификацию на соответствие стандарту IEC 60512-99-001, что позволит гарантировать устойчивые рабочие характеристики и целостность контактов.

Валери Магвайр — директор по стандартам и технологиям компании Siemon.

Купить номер с этой статьей в PDF