Podstawowe fakty dotyczące zasilania PoE i zalecenia projektowe

Ważna informacja dla czytelników: Ten post dotyczy wyłącznie zasilania PoE z aktywnym wykrywaniem punktów końcowych. Celowo nie odnosi się on do pasywnego zasilania PoE, które jest często wykorzystywane przez dostawców usług internetowych do zasilania łączy bezprzewodowych. Głównymi wadami rozwiązań pasywnych są

  • niemożność wykrycia urządzenia końcowego (źródło nie wie, czy na końcu kabla znajduje się urządzenie kompatybilne z PoE)
  • brak możliwości centralnego monitorowania systemu zasilania za pomocą protokołu SNMP.

Zasilanie PoE zapewnia ogromne korzyści ze względu na niskie zapotrzebowanie na używane okablowanie. W przeciwieństwie do konwencjonalnych systemów zasilania, nie wymaga oddzielnych kabli do transmisji danych i zasilania. Ponadto komunikacja między zasilaczem a zasilanym urządzeniem zapewnia ochronę przed zwarciem i, co nie mniej ważne, łatwe monitorowanie całego systemu zasilania za pomocą protokołu SNMP.

Od czasu ratyfikacji pierwszego standardu PoE w 2003 roku (IEEE 802.3af), jego zastosowanie znacznie się rozszerzyło na szeroki zakres nowych aplikacji. W miarę upływu czasu okazało się jednak, że czynnikiem ograniczającym jest maksymalna moc znamionowa wynosząca 15,4 W/port. Podczas gdy moc ta była wystarczająca dla konwencjonalnych kamer stacjonarnych i telefonów IP, była ona ograniczająca dla kamer IP z podświetleniem IR, kamer PTZ, wideotelefonów i innych urządzeń. W zależności od par używanych do transmisji zasilania, standard rozróżnia tryb PoE A (przez pary danych) i tryb B (przez pary zapasowe). Każde urządzenie PoE-PD (Powered Device) powinno obsługiwać oba tryby, A i B, zgodnie ze standardem. W praktyce zdarza się, że producenci kamer próbują zaoszczędzić pieniądze i montują komponenty tylko dla trybu PoE A. W przypadku urządzeń PoE-PSE (Power Supply Equipment) (przełączniki PoE i injectory) wystarczy obsługa jednego trybu. Jednak wszystkie nasze przełączniki z serii LAN-RING BOX obsługują zarówno tryb A, jak i B.

Z tego powodu IEEE wydało nowy standard, IEEE 802.3at 2009, z mocą znamionową do 30 W na port. Każde urządzenie PoE-PD (Powered Device) powinno ponownie obsługiwać oba tryby A i B zgodnie ze standardem.

Jednak rozwój nastąpił bardzo szybko. Zewnętrzne kamery bezpieczeństwa PTZ, terminale POS, oświetlenie LED, punkty dostępowe 802.11ac i 802.11ax oraz inne urządzenia wymagające do działania więcej niż 30 W zaczęły rozprzestrzeniać się na rynku. Wysoki popyt zazwyczaj wywołuje walkę różnych standardów. Organizacja IEEE kontynuowała prace nad nowym standardem, który został ratyfikowany we wrześniu 2018 r. pod oznaczeniem IEEE 802.3bt z maksymalną dostarczaną mocą 90 W/port. Z kolei w 2011 roku organizacja HDBaseT Alliance stworzyła standard Power over HDBaseT (PoH), który pozwala na dostarczenie maksymalnej mocy 95 W przez cztery pary Cat5e.

W wyniku tego procesu powstały 2 wzajemnie niekompatybilne standardy zasilania, 90W PoE zgodnie z IEEE802.3bt i 95W PoE zgodnie z POH HDBaseT Alliance. Wszystkie przełączniki METEL LAN-RING PP z konstrukcją sprzętową 2020 obsługują oba rozwiązania, patrz tabela poniżej.

Konstrukcja sprzętowa LAN-RING PP / 2020 - przegląd obsługiwanych trybów zasilania PoE
Typ Standard Maksymalna dostarczana moc PoE-PSE Maksymalny pobór mocy dla PoE-PD
 Kategoria kabla Długość kabla Liczba par do transmisji mocy
 Minimalne napięcie na wejściu 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

Są to zasadniczo 2 oddzielnie wykrywane i klasyfikowane urządzenia klasy 4. Typowymi przykładami UPOE są zewnętrzne kamery PTZ z ogrzewaniem PoE lub kamery stacjonarne w obudowach z ogrzewaniem PoE.

Zasilanie PoE zgodnie z IEEE802.3bt

Transmisja dużej mocy przez kable UTP/FTP/STP stawia zwiększone wymagania co do ich jakości. W związku z tym, aby zapewnić prawidłowe działanie, należy używać wyłącznie kabli z przewodnikami miedzianymi kategorii Cat5 lub wyższej. Na przykład kable CCA z aluminiowym rdzeniem i miedzianą powłoką są całkowicie nieodpowiednie. Poniższa tabela przedstawia wyniki obliczeń strat mocy i napięcia dla różnych napięć wejściowych i kabli.

Obliczenia pokazują również przewagę wyższego napięcia wejściowego. Dlatego w rozdzielnicach OH stosujemy zasilacze z regulowanym napięciem wyjściowym w minimalnym zakresie 48-56 VDC.

Przybliżone obliczenia strat dla kabli Cat5e CCA o rezystancji żyły 130 Ohm/km
Odległość między PoE PSE i PD Napięcie wyjściowe PoE-PSE Moc dostarczana przez PoE-PSE Całkowita rezystancja pętli Prąd przepływający przez pętlę Straty na linii Napięcie wejściowe PoE-PD Minimalne napięcie na wejściu PoE-PD zgodnie z normą
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

 

Przybliżone obliczenie strat dla kabli Cat5e o rezystancji przewodu 93,8 Ohm/km (BELDEN 1594A)
Odległość między PoE PSE i PD Napięcie wyjściowe PoE-PSE Moc dostarczana przez PoE-PSE Całkowita rezystancja pętli Prąd przepływający przez pętlę Straty na linii Napięcie wejściowe PoE-PD Minimalne napięcie na wejściu PoE-PD zgodnie z normą
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

 

‌

Zasilanie PoE według HDBaseT Alliance

Standard zasilania POH został opublikowany przez HDBaseT Alliance w 2011 roku. Jest on oparty na standardzie IEEE 802.3at i umożliwia bezpieczne przesyłanie do 100 W przez kabel Ethernet. Został on opublikowany na wiele lat przed opublikowaniem konkurencyjnego standardu IEEE802.3bt, więc jest używany przez zdecydowaną większość kamer IP o poborze mocy powyżej 25,5 W, a także przez wiele urządzeń audiowizualnych.

Przybliżone obliczenia strat dla kabli Cat5e CCA o rezystancji żyły 130 Ohm/km
Odległość między PoE PSE i PD Napięcie wyjściowe PoE-PSE Moc dostarczana przez PoE-PSE Całkowita rezystancja pętli Prąd przepływający przez pętlę Straty na linii Napięcie wejściowe PoE-PD Minimalne napięcie na wejściu PoE-PD zgodnie z normą
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

 

Przybliżone obliczenie strat dla kabli Cat5e o rezystancji przewodu 93,8 Ohm/km (BELDEN 1594A)
Odległość między PoE PSE i PD Napięcie wyjściowe PoE-PSE Moc dostarczana przez PoE-PSE Całkowita rezystancja pętli Prąd przepływający przez pętlę Straty na linii Napięcie wejściowe PoE-PD Minimalne napięcie na wejściu PoE-PD zgodnie z normą
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

* 95 W to maksymalna moc obsługiwana przez przełączniki PP ze sprzętem zaprojektowanym w 2020 r.

‌