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四线对以太网供电 (PoE)

时间: 2019-05-16
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四线对以太网供电 (PoE) 和您的布线设备


多年来,您一直在部署支持以太网供电 (PoE) 的线缆设备,以用于 VoIP 电话和监控摄像机等各种设备。目前您只需要支持到 30 瓦,但是,现在有大量设备可以利用更高水平的 PoE —— 如最新的 802.11ac Wi-Fi 接入点、数字显示器甚至台式计算机 —— 您的客户开始要求四对 PoE。本文介绍了与四对 PoE 相关的主题:提议的标准、线缆要求、LP 布线认证和现场端接插头。


提议的标准

我们从现有的各种 PoE 类型的差异开始。Type 1 PoE 最多提供 15.4 W,设备可用 13 W,而 Type 2 PoE(有时称为 PoE Plus)最多提供 30 W,设备可用 25.5 W。两种类型都使用两种方法之一 —— 方案 A 或方案 B —— 通过两个线对供电。


在方案 A 中,电力是和数据同时在线对 1-2 和 3-6 上传输的。在方案 B 中,电力是通过备用双绞线 4-5 和 7-8 传输的。方案 A 同时兼容双线对(例如 10/100BASE-T)和四线对(例如 1000BASE-T)应用,方案 B 只兼容使用双线对的数据信号。


为四线对 PoE 提议的 802.3bt 标准包含 Type 3 和 Type 4,这两种均与数据一起使用所有四个线对提供电力。Type 3 PoE 最多提供 60W,设备可用 51W,而 Type 4 最多提供 90W,设备可用 71W。


线缆要求


对于使用方案 A 的 Type 1 和 Type 2 PoE,电力的传输方式是在两个线对上施加一个共模电压 —— 这意味着电流是在两个导体上平分的。为此, 线对中各导体的直流电阻必须平衡(相等),且其差将称为直流电阻不平衡。过多的不平衡会使数据信号失真,产生位错误、重新传输,甚至数据链路功能异常。


和 Type 1 和 Type 2 PoE 方案 A 一样,四线对 Type 3 和 Type 4 PoE 也通过共模电压供电,所以直流电阻不平衡 


在这里同样重要。但是,在 Type 3 和 Type 4 中,你需要担心的不仅仅是各线对上的直流电阻不平衡。多个线对间的过量直流电阻不平衡还会严重破坏数据传输,导致 PoE 停止工作。


除质量较差的线缆直流电阻不平衡的风险较高(例如导体直径和同心度【圆度】差异较大)外,端接不一致(例如导体在 IDC 内的位置不正确或不一致)也会导致直流电阻不平衡。因此,虽然您可以在供应商的线缆上看到直流电阻不平衡的规格,但现场测试确实是保证安装后直流电阻不平衡性能的唯一方法。


DSX CableAnalyzer™ 系列可快速而方便地测试线对中和线对间的直流电阻不平衡,保证您部署的线缆设备可用于双和四线对 PoE 应用。


生热和有限功率线缆


遗憾的是,直流电阻不平衡不是唯一需要担心的。PoE 在双绞线对铜缆上传输时,线缆中的温度升高会导致插入损耗升高。这会导致信道无法通过插入损耗测试,或需要减少线缆长度。


多根输送 PoE 的线缆紧密捆绑在一起时,PoE 产生的热量会成为更大的问题 —— 而且功率越大,热量越多。美国国家电气规范根据导线尺寸和温度额定值规定了60W 或更高 PoE 中允许的线缆数量。TIA 也在制定限制温度升高的规范。


四线对以太网供电 (PoE)


通过事实调查研究对线束中的高水平 PoE 的影响进行研究之后,Underwriter’s Laboratories (UL) 推出了有限功率 (LP) 认证,以方便 PoE 应用选择线缆。LP 认证表示线缆已经过测试,即使在最坏的安装情况下也能正常提供 PoE 且不会超过线缆的温度额定值。该认证考虑了较大线束、高环境温度和其他环境影响 —— 如封闭空间或管道。


一定要理解 LP 是一种认证,而不是一个清单或评级。所以和 NFPA 70 美国国家电气规范®要求的其他 UL 清单或阻燃或冒口评级不一样,LP 认证线缆是一种可选项,而不是要求。说到 NEC®,2017 版中增加了新要求,另外还解决了生热问题 —— 但仅适用于功率大于 60W 时(Type 3)。对于这些情况,NEC 增加了安培表,其中规定了 30°C (86°F) 环境温度下安装的特定线束尺寸、导线尺寸和线缆温度额定值允许的最大载流量。因为 NEC® 是法律,所以这些安培表是必须要遵守的。但是,NEC 确实允许使用 LP 认证的线缆代替使用安培表。


好消息是,仅当 PoE 计划运行在 60W 以上时,你才需要担心这个问题,而大多数支持 PoE 的设备(包括 LED 灯)需要的功率都低于此值。坏消息是,你永远不知道最终可能会通过线缆传输多少功率,因此遵循安培表或使用 LP 认证的线缆是避免未来出现问题的好办法。其他选项包括使用直径较大、额定温度较高、或有屏蔽结构的线缆,以及简单地选择不使用线束。


虽然在温度等级较高或经过 LP 认证的较高质量线缆中通常不会出现直流电阻不平衡问题,但工艺较差的线缆仍然会造成太多的电阻不平衡。因此,仍然建议对 LP 线缆进行直流电阻测试。


模块化插头端接链路


随着物联网 (IoT) 和传感器技术的发展,越来越多的设备开始支持 IP 并连接到铜缆水平线缆基础设施。这些设备,如 LED 灯、监控摄像机、楼宇自动化控制和 Wi-Fi 接入点等,大部分都有一个集成的 RJ45 端口,用于连接网络。


有些情况下,连接这些类型的设备时不使用通用四连接器通道,尤其是那些位于天花板空间中、不适宜安装面板的设备。相反,通信室仅配备一根跳线,永久链路通过插头端接至另一端,便于其直接插入设备内,无需使用设备缆线。这就产生了模块化插头端接链路,即 MPTL,随着这种应用变得越来越普遍并出现在行业标准中,我们最好现在就掌握如何测试它。


使用插头端接链路的优势包括:避免暴露可能会被无意或有意断开的跳线(如监控摄像机)以提高安全性和美观性,以及遵守在通风区域仅使用阻燃级别产品的规范要求(并非所有跳线均为阻燃级别)。


BICSI 005电子安全和安全标准中首次提出使用与插头端接并无需设备线缆的链路,然后将于今年晚些时候发布的 BICSI 033 《智能建筑物和场所中信息通信技术设计和实施规范》中再次出现这一概念。TIA-862 楼宇自动化标准同样认为在不可行或不安全时需要避免设备线,并且特别提出允许使用插头端接链路。此应用最初被称为“直连连接”,但因为会与数据中心交换机到服务器应用中使用的直连连接混淆,所以该术语已发生变化。


虽然 TIA 指定的插头端接链路已作为一种应用被行业标准认可,但以前没有针对性的具体测试要求。因此,根据 BICSI 的建议,


四线对以太网供电 (PoE)


这些连接最初是使用改良单连接器永久链路测试进行测试的。具体方法是将接线板上的主测试装置连接到永久链路适配器,然后在远端将远程装置连接到信道适配器,然后在测试仪上选择“Mod 1-Conn Perm. Link” 应用。在远端使用信道适配器的问题是远端的配对连接被排除在测试之外。


随着现场端接插头的普及,并考虑到插头端接不良的可能性,标准组织已经认识到需要将远端的最终插头连接包含在测试程序中。最新的 ANSI-TIA568.2-D 标准草案包含了 MPTL 配置,且该测试已集成到 DSX CableAnalyzer 系列中。


四线对以太网供电 (PoE)


安装工具

即使拥有经过适当认证的布线工厂,安装 PoE 的技术人员也会遇到问题。 线缆可能会被贴错标签、损坏、连接到错误的端口或完全断开。或者,交换机可能未配置为提供足够的电力。如果技术人员无法看到导线上的内容,则可能需要数小时的时间来解决这些问题。 然后他们必须追踪线缆,确定它是否正常,以及它的连接位置。 即使他们弄明白了,他们也无法通过查看交换机来判断电源是否配置正确。 然后他们需要联系 IT 人员来弄清楚发生了什么。


或者他们可以使用简单的测试仪,如 MicroScanner PoE。只需将其插入即可,它将显示交换机通告的功率级别以及连接速度。 可以将此信息与设备的要求进行比较,以确定它是否可以正常运行。 如果线缆损坏,MicroScanner 可以显示到断路或短路的距离。 如果线缆断开连接,它可以通过我们的 IntelliTone Pro 3000 F 生成跟踪音。它甚至可以显示连接到线缆远端的标识器的编号,以确定它连接的位置。


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