Základné fakty o napájaní PoE a odporúčania pre návrh

Dôležité upozornenie pre čitateľov: Tento príspevok sa týka výlučne napájania PoE s aktívnou detekciou koncového bodu. Úmyselne sa nezaoberá pasívnym napájaním PoE, ktoré často využívajú poskytovatelia internetových služieb na napájanie bezdrôtových spojení. Hlavné nevýhody pasívnych riešení sú nasledujúce:

  • Neschopnosť detekovať koncové zariadenie (zdroj nevie, či je zariadenie na konci kábla kompatibilné s PoE).
  • nemožnosť centrálne monitorovať napájací systém pomocou protokolu SNMP

Napájanie PoE ponúka obrovské výhody vďaka nízkym nárokom na použitú kabeláž. Na rozdiel od bežných napájacích systémov nevyžaduje samostatné káble pre dáta a napájanie. Komunikácia medzi napájacím zdrojom a napájaným zariadením navyše zabezpečuje ochranu proti skratu a v neposlednom rade aj jednoduché monitorovanie celého napájacieho systému prostredníctvom protokolu SNMP.

Od ratifikácie prvého štandardu PoE v roku 2003 (IEEE 802.3af) sa jeho využitie výrazne rozšírilo do celej rady nových aplikácií. Postupom času sa však ukázalo, že jeho limitujúcim faktorom je maximálny menovitý výkon 15,4 W na port. Zatiaľ čo pre bežné pevné kamery a IP telefóny bol tento výkon dostatočný, pre IP kamery s infračerveným osvetlením, PTZ kamery, videotelefóny a ďalšie zariadenia bol obmedzujúci. V závislosti od párov použitých na prenos energie rozlišuje norma režim PoE A (cez dátové páry) a režim B (cez náhradné páry). Každé zariadenie PoE-PD (Powered Device) by podľa normy malo podporovať oba režimy, A aj B. V praxi sa však niekedy stáva, že výrobcovia kamier sa snažia ušetriť a montujú iba komponenty pre PoE A. U zariadení PoE-PSE (Power Supply Equipment) (prepínače a PoE injektory) stačí podpora jedného režimu. Všetky naše prepínače radu LAN-RING BOX však podporujú režimy A aj B.

Z tohto dôvodu organizácia IEEE vydala v roku 2009 nový štandard IEEE 802.3at s výkonom až 30 W na port. Každé zariadenie PoE-PD (Powered Device) by podľa normy malo opäť podporovať oba režimy A aj B.

Vývoj však rýchlo napredoval. Na trhu sa začali množiť vonkajšie bezpečnostné kamery PTZ, POS terminály, LED osvetlenie, prístupové body 802.11ac a 802.11ax a ďalšie zariadenia, ktoré na svoj prevádzku potrebujú viac ako 30 W. Vysoký dopyt zvyčajne vyvoláva súboj rôznych štandardov. Organizácia IEEE pokračovala v práci na novom štandarde, ktorý bol ratifikovaný v septembri 2018 pod označením IEEE 802.3bt s maximálnym dodávaným výkonom 90 W na port. Už v roku 2011 však organizácia HDBaseT Alliance vytvorila štandard Power over HDBaseT (PoH), ktorý umožňuje maximálny dodávaný výkon 95 W cez štyri páry Cat5e.

Výsledkom tohto procesu sú dva navzájom nekompatibilné výkonové štandardy: 90 W PoE podľa IEEE 802.3bt a 95 W PoE podľa POH HDBaseT Alliance. Všetky prepínače METEL LAN-RING PP s hardvérovou verziou 2020 podporujú obe riešenia, pozri tabuľku nižšie.

LAN-RING PP / 2020 hardvérové vyhotovenie – prehľad podporovaných režimov napájania PoE
Typ Štandard Maximálny dodávaný výkon PoE-PSE Maximálny príkon pre PoE-PD
 Kategória kábla Dĺžka kábla Počet párov na prenos energie
 Minimálne napätie na vstupe 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

Ide v podstate o 2 samostatne detekované a klasifikované zariadenia triedy 4. Typickými príkladmi UPOE sú vonkajšie PTZ kamery s PoE vykurovaním alebo pevné kamery v krytoch s PoE vykurovaním.

Napájanie PoE podľa IEEE802.3bt

Prenos vysokého výkonu cez káble UTP/FTP/STP kladie zvýšené nároky na ich kvalitu. Preto by sa na zabezpečenie správnej prevádzky mali používať iba káble s medenými vodičmi kategórie Cat5 a vyššej. Napríklad káble CCA s vodičmi s hliníkovým jadrom a medeným povlakom sú úplne nevhodné. V nasledujúcej tabuľke sú pre zjednodušenie uvedené výsledky výpočtov výkonových a napäťových strát pre rôzne vstupné napätia a káble.

Z výpočtu ďalej vyplýva výhoda vyššieho vstupného napätia. Preto v rozvádzačoch OH používame zdroje s regulovaným výstupom v minimálnom rozsahu 48–56 VDC.

Približný výpočet strát pre káble Cat5e CCA s odporom vodičov 130 Ohm/km.
Vzdialenosť medzi PoE PSE a PD Výstupné napätie PoE-PSE Výkon dodávaný PoE-PSE Celkový odpor slučky Prúd pretekajúci slučkou Straty vo vedení Vstupné napätie PoE-PD Minimálne napätie na vstupe PoE-PD podľa normy
10 m 56 V 90 W 0,65 Ω 1,61 A 1,04 V / 1,68 W 54,96 V 41,1 V
10 m 48 V 1,88 A 1,22 V / 2,29 W 46,78 V
100 m 56 V 6,5 Ω 1,61 A 10,45 V / 16,79 W 45,55 V
100 m 48 V 1,88 A 12,19 V / 22,85 W 35,81 V

 

Približný výpočet strát pre celodrátové káble Cat5e s odporom vodiča 93,8 Ohm/km (BELDEN 1594A)
Vzdialenosť medzi PoE PSE a PD Výstupné napätie PoE-PSE Výkon dodávaný PoE-PSE Celkový odpor slučky Prúd pretekajúci slučkou Straty na vedení Vstupné napätie PoE-PD Minimálne vstupné napätie PoE-PD podľa normy
10 m 56 V 90 W 0,47 Ω 1,61 A 0,75 V / 1,21 W 55,25 V 41,1 V
10 m 48 V 1,88 A 0,88 V / 1,65 W 47,12 W
100 m 56 V 4,69 Ω 1,61 A 7,54 V / 12,11 W 48,46
100 m 48 V 1,88 A 8,79 V / 16,49 W 39,21 V

 

‌

Výkon PoE podľa HDBaseT Alliance

Štandard napájania PoE bol zverejnený združením HDBaseT Alliance už v roku 2011. Vychádza zo štandardu IEEE 802.3at a umožňuje bezpečný prenos až 100 W cez ethernetový kábel. Bol zverejnený o mnoho rokov skôr ako konkurenčný štandard IEEE 802.3bt, takže ho okrem mnohých audiovizuálnych zariadení používa absolútna väčšina IP kamier so spotrebou nad 25,5 W.

Približný výpočet strát pre káble Cat5e CCA s odporom vodiča 130 Ohm/km
Vzdialenosť medzi PoE PSE a PD Výstupné napätie PoE-PSE Výkon dodávaný PoE-PSE Celkový odpor slučky Prúd pretekajúci slučkou Straty na vedení Vstupné napätie PoE-PD Minimálne vstupné napätie PoE-PD podľa normy
10 m 56 V 95 W* 0,65 Ω 1,7 A 1,10 V / 1,87 W 54,9 V 38,13 V
10 m 48 V 1,98 A 1,29 V / 2,55 W 46,71 V
100 m 56 V 6,5 Ω 1,7 A 11,03 V / 18,71 W 44,97 V
100 m 48 V 1,98 A 12,86 V / 25,46 W 35,14 V

 

Približný výpočet strát pre celodrátové káble Cat5e s odporom vodiča 93,8 Ohm/km (BELDEN 1594A)
Vzdialenosť medzi PoE PSE a PD Výstupné napätie PoE-PSE Výkon dodávaný PoE-PSE Celkový odpor slučky Prúd pretekajúci slučkou Straty vo vedení Vstupné napätie PoE-PD Minimálne vstupné napätie PoE-PD podľa normy
10 m 56 V 95 W* 0,47 Ω 1,7 A 0,8 V / 1,35 W 55,2 V 38,13 V
10 m 48 V 1,98 A 0,93 V / 1,84 W 47,07 V
100 m 56 V 4,69 Ω 1,7 A 7,96 V / 13,5 W 48,04 V
100 m 48 V 1,98 A 9,28 V / 18,37 W 38,72 V

* 95 W je maximálny výkon podporovaný prepínačmi PP s hardvérom navrhnutým v roku 2020.

‌