Fatti di base sull'alimentazione PoE e raccomandazioni per la progettazione

Avviso importante per i lettori: Questo post riguarda solo l'alimentazione PoE con rilevamento attivo degli endpoint. Non tratta intenzionalmente l'alimentazione PoE passiva, spesso utilizzata dagli ISP per alimentare i collegamenti wireless. I principali svantaggi delle soluzioni passive sono

  • l'impossibilità di rilevare il dispositivo finale (la sorgente non sa se all'estremità del cavo c'è un dispositivo compatibile PoE)
  • l'impossibilità di monitorare centralmente il sistema di alimentazione utilizzando il protocollo SNMP

L'alimentazione PoE offre enormi vantaggi grazie alla bassa richiesta di cablaggio. A differenza dei sistemi di alimentazione tradizionali, non richiede cavi separati per i dati e l'alimentazione. Inoltre, la comunicazione tra l'alimentatore e il dispositivo alimentato garantisce la protezione dai cortocircuiti e, non da ultimo, un facile monitoraggio dell'intero sistema di alimentazione tramite SNMP.

Dalla ratifica del primo standard PoE nel 2003 (IEEE 802.3af), il suo utilizzo si è esteso notevolmente a una vasta gamma di nuove applicazioni. Con il passare del tempo, tuttavia, il suo fattore limitante si è rivelato la potenza massima di 15,4 W/porta. Mentre la potenza era sufficiente per le telecamere fisse convenzionali e i telefoni IP, era limitante per le telecamere IP con illuminazione IR, le telecamere PTZ, i videotelefoni e altri dispositivi. A seconda delle coppie utilizzate per la trasmissione dell'alimentazione, lo standard distingue tra modalità PoE A (su coppie di dati) e modalità B (su coppie di riserva). Ogni PoE-PD (Powered Device) deve supportare entrambe le modalità, A e B, secondo lo standard. In pratica, a volte capita che i produttori di telecamere cerchino di risparmiare e montino solo componenti per PoE A. Per i dispositivi PoE-PSE (Power Supply Equipment) (switch e iniettori PoE), è sufficiente supportare una sola modalità. Tuttavia, tutti i nostri switch della serie LAN-RING BOX supportano entrambe le modalità A e B.

Per questo motivo, l'IEEE ha emesso un nuovo standard, IEEE 802.3at 2009, con una potenza nominale fino a 30 W per porta. Ogni PoE-PD (Powered Device) dovrebbe supportare entrambe le modalità A e B secondo lo standard.

Ma lo sviluppo è proseguito rapidamente. Telecamere di sicurezza PTZ per esterni, terminali POS, illuminazione a LED, access point 802.11ac e 802.11ax e altri dispositivi che richiedono più di 30 W per funzionare hanno iniziato a proliferare sul mercato. L'elevata domanda di solito scatena una battaglia di standard diversi. L'organizzazione IEEE ha continuato a lavorare su un nuovo standard, che è stato ratificato nel settembre 2018 con la denominazione IEEE 802.3bt con una potenza massima erogata di 90 W/porta. Ma già nel 2011, la HDBaseT Alliance ha creato lo standard Power over HDBaseT (PoH), che consente una potenza massima erogata di 95 W su quattro coppie Cat5e.

Questo processo ha dato origine a due standard di potenza reciprocamente incompatibili: 90W PoE secondo IEEE802.3bt e 95W PoE secondo POH HDBaseT Alliance. Tutti gli switch METEL LAN-RING PP con design hardware 2020 supportano entrambe le soluzioni, vedi tabella seguente.

Progettazione hardware LAN-RING PP / 2020 - panoramica delle modalità di alimentazione PoE supportate
Tipo Standard Potenza massima erogata PoE-PSE Potenza massima assorbita per PoE-PD
 Categoria del cavo Lunghezza del cavo Numero di coppie per la trasmissione di potenza
 Tensione minima all'ingresso PoE PD
1 802.3af 15.4 W 12,95 W Cat5e 0 - 100 m 2 37 V
2 802.3at 30 W 25,5 W Cat5e 0 - 100 m 2 42.5 V
3 802.3bt 60 W 51 - 60 W Cat5e 0 - 100 m 4 42.5 V
4 802.3bt 90 W 71 - 90 W Cat5e 0 - 100 m 4 41.1 V
POH POH 95 W 95 W Cat5e 0 - 100 m 4 38.125 V

 

UPOE

Si tratta sostanzialmente di 2 dispositivi di Classe 4 rilevati e classificati separatamente. Esempi tipici di UPOE sono le telecamere PTZ da esterno con riscaldamento PoE o le telecamere fisse in involucri con riscaldamento PoE.

Alimentazione PoE secondo IEEE802.3bt

La trasmissione di potenza elevata su cavi UTP/FTP/STP richiede una maggiore qualità. Pertanto, per garantire un funzionamento corretto, è necessario utilizzare esclusivamente cavi con conduttori in rame di categoria Cat5 o superiore. Ad esempio, i cavi CCA con conduttori in alluminio e rivestimento in rame non sono assolutamente adatti. La tabella seguente mostra i risultati dei calcoli della potenza e della perdita di tensione per diverse tensioni di ingresso e cavi per comodità.

Il calcolo mostra inoltre il vantaggio di una tensione di ingresso più elevata. Per questo motivo, nei quadri OH utilizziamo alimentatori con uscita regolata nell'intervallo minimo di 48-56 VCC.

Calcolo approssimativo della perdita per cavi Cat5e CCA con una resistenza del conduttore di 130 Ohm/km
Distanza tra PoE PSE e PD Tensione di uscita del PoE-PSE Potenza erogata dal PoE-PSE Resistenza totale del loop Corrente attraverso il loop Perdite sulla linea Tensione di ingresso PoE-PD Tensione minima in ingresso PoE-PD secondo lo standard
10m 56 V 90 W 0.65 Ω 1.61 A 1,04 V / 1,68 W 54.96 V 41.1 V
10m 48 V 1.88 A 1,22 V / 2,29 W 46.78 V
100m 56 V 6.5 Ω 1.61 A 10,45 V / 16,79 W 45.55 V
100m 48 V 1.88 A 12,19 V / 22,85 W 35.81 V

 

Calcolo approssimativo della perdita per cavi Cat5e interamente cablati con una resistenza del conduttore di 93,8 Ohm/km (BELDEN 1594A)
Distanza tra PoE PSE e PD Tensione di uscita del PoE-PSE Potenza erogata dal PoE-PSE Resistenza totale del loop Corrente attraverso il loop Perdite sulla linea Tensione di ingresso PoE-PD Tensione minima all'ingresso PoE-PD secondo lo standard
10m 56 V 90 W 0.47 Ω 1.61 A 0,75 V / 1,21 W 55.25 V 41.1 V
10m 48 V 1.88 A 0,88 V / 1,65 W 47.12 W
100m 56 V 4.69 Ω 1.61 A 7,54 V / 12,11 W 48.46
100m 48 V 1.88 A 8,79 V / 16,49 W 39.21 V

 

‌

Potenza PoE secondo HDBaseT Alliance

Lo standard di alimentazione POH è stato pubblicato dalla HDBaseT Alliance nel 2011. Si basa sullo standard IEEE 802.3at e consente di trasmettere in modo sicuro fino a 100 W su un cavo Ethernet. È stato pubblicato molti anni prima dello standard concorrente IEEE802.3bt, quindi è utilizzato dalla maggior parte delle telecamere IP con un consumo energetico superiore a 25,5 W, oltre che da molti dispositivi audiovisivi.

Calcolo approssimativo della perdita per i cavi Cat5e CCA con una resistenza del conduttore di 130 Ohm/km
Distanza tra PoE PSE e PD Tensione di uscita del PoE-PSE Potenza erogata dal PoE-PSE Resistenza totale del loop Corrente attraverso il loop Perdite sulla linea Tensione di ingresso PoE-PD Tensione minima all'ingresso PoE-PD secondo lo standard
10m 56 V 95 W* 0.65 Ω 1.7 A 1,10 V / 1,87 W 54.9 V 38.13 V
10m 48 V 1.98 A 1,29 V / 2,55 W 46.71 V
100m 56 V 6.5 Ω 1.7 A 11,03 V / 18,71 W 44.97 V
100m 48 V 1.98 A 12,86 V / 25,46 W 35.14 V

 

Calcolo approssimativo della perdita per cavi Cat5e interamente cablati con una resistenza del conduttore di 93,8 Ohm/km (BELDEN 1594A)
Distanza tra PoE PSE e PD Tensione di uscita del PoE-PSE Potenza erogata dal PoE-PSE Resistenza totale del loop Corrente attraverso il loop Perdite sulla linea Tensione di ingresso PoE-PD Tensione minima all'ingresso PoE-PD secondo lo standard
10m 56 V 95 W* 0.47 Ω 1.7 A 0,8 V / 1,35 W 55.2 V 38.13 V
10m 48 V 1.98 A 0,93 V / 1,84 W 47.07 V
100m 56 V 4.69 Ω 1.7 A 7,96 V / 13,5 W 48.04 V
100m 48 V 1.98 A 9,28 V / 18,37 W 38.72 V

* 95W è la potenza massima supportata dagli switch PP con hardware progettato nel 2020.

‌