Základní fakta o napájení PoE a doporučení pro návrh

Důležité upozornění pro čtenáře: Tento příspěvek se týká pouze napájení PoE s aktivní detekcí koncového bodu. Záměrně se nezabývá pasivním napájením PoE, které často používají poskytovatelé internetových služeb k napájení bezdrátových spojů. Hlavní nevýhody pasivních řešení jsou následující:

  • Nemožnost detekovat koncové zařízení (zdroj neví, zda je na konci kabelu zařízení kompatibilní s PoE).
  • nemožnost centrálně monitorovat napájecí systém pomocí protokolu SNMP

Napájení PoE poskytuje obrovské výhody díky nízkým nárokům na použitou kabeláž. Na rozdíl od běžných napájecích systémů nevyžaduje samostatné kabely pro data a napájení. Komunikace mezi napájecím zdrojem a napájeným zařízením navíc zajišťuje ochranu proti zkratu a v neposlední řadě i snadné monitorování celého napájecího systému prostřednictvím protokolu SNMP.

Od ratifikace prvního standardu PoE v roce 2003 (IEEE 802.3af) se jeho využití výrazně rozšířilo do celé řady nových aplikací. Postupem času se však ukázalo, že jeho limitujícím faktorem je maximální jmenovitý výkon 15,4 W/port. Zatímco pro běžné pevné kamery a IP telefony byl tento výkon dostatečný, pro IP kamery s IR přísvitem, kamery PTZ, videotelefony a další zařízení byl limitující. V závislosti na párech použitých pro přenos energie rozlišuje norma režim PoE A (přes datové páry) a režim B (přes náhradní páry). Každé zařízení PoE-PD (Powered Device) by podle normy mělo podporovat oba režimy, A i B. V praxi se někdy stává, že se výrobci kamer snaží ušetřit a osazují pouze komponenty pro PoE A. U zařízení PoE-PSE (Power Supply Equipment) (přepínače a injektory PoE) stačí podpora jednoho režimu. Všechny naše přepínače řady LAN-RING BOX však podporují režimy A i B.

Z tohoto důvodu vydala organizace IEEE nový standard IEEE 802.3at 2009 s výkonem až 30 W na port. Každé zařízení PoE-PD (Powered Device) by podle normy mělo opět podporovat oba režimy A i B.

Vývoj však šel rychle kupředu. Na trhu se začaly množit venkovní bezpečnostní kamery PTZ, POS terminály, LED osvětlení, přístupové body 802.11ac a 802.11ax a další zařízení, která ke svému provozu potřebují více než 30W. Vysoká poptávka obvykle vyvolává souboj různých standardů. Organizace IEEE pokračovala v práci na novém standardu, který byl ratifikován v září 2018 pod označením IEEE 802.3bt s maximálním dodávaným výkonem 90 W/port. Ale již v roce 2011 vytvořila organizace HDBaseT Alliance standard Power over HDBaseT (PoH), který umožňuje maximální dodávaný výkon 95 W přes čtyři páry Cat5e.

Výsledkem tohoto procesu jsou dva vzájemně nekompatibilní výkonové standardy, 90W PoE podle IEEE802.3bt a 95W PoE podle POH HDBaseT Alliance. Všechny přepínače METEL LAN-RING PP s hardwarovým provedením 2020 podporují obě řešení, viz tabulka níže.

LAN-RING PP / 2020 hardwarové provedení - přehled podporovaných režimů napájení PoE
Typ Standard Maximální dodávaný výkon PoE-PSE Maximální příkon pro PoE-PD
 Kategorie kabelu Délka kabelu Počet párů pro přenos energie
 Minimální napětí na vstupu 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

Jedná se v podstatě o 2 samostatně detekovaná a klasifikovaná zařízení třídy 4. Typickými příklady UPOE jsou venkovní kamery PTZ s ohřevem PoE nebo pevné kamery v krytech s ohřevem PoE.

Napájení PoE podle IEEE802.3bt

Přenos vysokého výkonu po kabelech UTP/FTP/STP klade zvýšené nároky na jejich kvalitu. Proto by se pro zajištění správného provozu měly používat pouze kabely s měděnými vodiči kategorie Cat5 a vyšší. Například kabely CCA s vodiči s hliníkovým jádrem a měděným povlakem jsou zcela nevhodné. V následující tabulce jsou pro usnadnění uvedeny výsledky výpočtů výkonových a napěťových ztrát pro různá vstupní napětí a kabely.

Z výpočtu dále vyplývá výhoda vyššího vstupního napětí. Proto v rozváděčích OH používáme zdroje s regulovaným výstupem v minimálním rozsahu 48-56 VDC.

Přibližný výpočet ztrát pro kabely Cat5e CCA s odporem vodičů 130 Ohm/km.
Vzdálenost mezi PoE PSE a PD Výstupní napětí PoE-PSE Výkon dodávaný PoE-PSE Celkový odpor smyčky Proud procházející smyčkou Ztráty na vedení Vstupní napětí PoE-PD Minimální napětí na vstupu PoE-PD podle normy
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

 

Přibližný výpočet ztrát pro celodrátové kabely Cat5e s odporem vodiče 93,8 Ohm/km (BELDEN 1594A)
Vzdálenost mezi PoE PSE a PD Výstupní napětí PoE-PSE Výkon dodávaný PoE-PSE Celkový odpor smyčky Proud procházející smyčkou Ztráty na vedení Vstupní napětí PoE-PD Minimální napětí na vstupu PoE-PD podle normy
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

 

‌

Výkon PoE podle HDBaseT Alliance

Standard napájení POH byl zveřejněn sdružením HDBaseT Alliance již v roce 2011. Vychází ze standardu IEEE 802.3at a umožňuje bezpečný přenos až 100 W po ethernetovém kabelu. Byl zveřejněn o mnoho let dříve než konkurenční standard IEEE802.3bt, takže jej kromě mnoha audiovizuálních zařízení používá naprostá většina IP kamer se spotřebou nad 25,5 W.

Přibližný výpočet ztrát pro kabely Cat5e CCA s odporem vodiče 130 Ohm/km
Vzdálenost mezi PoE PSE a PD Výstupní napětí PoE-PSE Výkon dodávaný PoE-PSE Celkový odpor smyčky Proud procházející smyčkou Ztráty na vedení Vstupní napětí PoE-PD Minimální napětí na vstupu PoE-PD podle normy
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

 

Přibližný výpočet ztrát pro celodrátové kabely Cat5e s odporem vodiče 93,8 Ohm/km (BELDEN 1594A)
Vzdálenost mezi PoE PSE a PD Výstupní napětí PoE-PSE Výkon dodávaný PoE-PSE Celkový odpor smyčky Proud procházející smyčkou Ztráty na vedení Vstupní napětí PoE-PD Minimální napětí na vstupu PoE-PD podle normy
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 je maximální výkon podporovaný přepínači PP s hardwarem navrženým v roce 2020.

‌