Руководство по инсталляции кабельных систем, поддерживающих дистанционное электропитание

Введение

Технологии дистанционного электропитания, такие, как Power over Ethernet (PoE), популярны для подачи питания постоянного тока по коммуникационным кабелям и используются для более 100 млн. узлов, установленных по всему миру. Системы PoE постоянно развиваются: максимальное значение мощности на подающем оборудовании (PSE) 15 Вт, как определено в стандарте IEEE802.3af‐2003, было увеличено до 30 Вт стандартом IEEE802.3at‐2009, и далее, в IEEE802.3bt, — до 90 Вт. Важно отметить, что все уровни и классы питания PoE соответствуют определенным в IEC60950–1 требованиям SELV (Safety Extra Low Voltage) по уровню напряжения 60 В и LPS (Limited Power Source) по уровню мощности 100 ВА, что делает эту технологию низкорисковым, надежным и экономичным механизмом подачи питания по тем же сбалансированным витопарным кабелям, которые используются для передачи данных.

Организации по разработке стандартов для кабельной инфраструктуры, такие, как TIA, ISO/IEC, CENELEC и NEC, уже опубликовали и/или разрабатывают спецификации с рекомендациями по проектированию, установке и эксплуатации сетей, поддерживающих удаленное электропитание, включая Po E. В перечисленных ниже документах содержится масса полезных рекомендаций, которые использовались при составлении настоящего Руководства.

В документах, приведенных во врезке справа, указана максимальная токовая нагрузка для кабелей категорий, которые обычно используются в коммерческих зданиях,— для различных условий инсталляции и температуры окружающей среды. Соблюдение приведенных в них правил гарантирует оптимальные температурные и электрические характеристики кабельной проводки в различных конфигурациях. Рекомендации поддерживают подачу электроэнергии с использованием всех четырех пар при силе тока 1000 мА на пару (500 мА на проводник) и максимальной мощности 100 ВА (100 Вт) на источнике питания, предполагая номинальное напряжение 50 В на устройстве PSE.

Для улучшения согласованности и гармонизации инсталляционных практик предложенный IEC (МЭК) документ 60364–7–716 (эта новая часть стандарта МЭК по электротехнической установке используется в качестве справочного документа во многих международных электротехнических нормах) предусматривает следующее: если коммуникационная кабельная система будет использоваться для подачи электропитания, то она должна быть спроектирована и инсталлирована в соответствии со стандартами ISO/IEC14763–2 или CENELEC ЕN50174.

Преимущества дистанционной подачи электропитания по коммуникационным кабелям

Технологии дистанционного питания, такие, как PoE, позволяют задействовать коммуникационные кабели для подачи электропитания без ущерба для функциональности систем передачи данных, что повышает эффективность использования таких кабелей. Такое двойное использование обеспечивает экономически эффективную подачу электропитания для широкого спектра устройств. Настоящее Руководство разработано для поддержки всех типов и классов систем, предусмотренных стандартами IEEE P802.3bt, IEEE802.3at и IEEE802.3af. Электропитание может подаваться на различные устройства: беспроводные точки доступа, видеокамеры, средства освещения, системы интеллектуального здания и пр. Среди преимущества дистанционной подачи питания по коммуникационным кабелям:

• Меньший размер кабелей и соединителей (по сравнению с размерами элементов силовых сетей переменного тока), что обеспечивает более высокую плотность размещения
• Связь между PSE и питаемым устройством (PD) обеспечивает откалиброванное и надежное электропитание
• Непрерывный контроль цепи для выявления ошибок и других событий во время эксплуатации
• Снижение расходов на инсталляцию, поскольку для подачи электропитания используется та же проводка, что и для передачи информации
• Улучшенный контроль за устройствами для более эффективного управления
• Совмещение в единой кабельной системе функций подачи электропитания и передачи информации упрощает реализацию универсальной интеллектуальной инфраструктуры, например, для «умного» LED-освещения
• Использование резервного ИБП для надежной и отказоустойчивой работы конечных устройств

Рекомендации CommScope по развертыванию систем дистанционного электропитания

КАКИЕ ФАКТОРЫ СЛЕДУЕТ УЧИТЫВАТЬ

К факторам, которые влияют на эффективность работы систем дистанционного питания, относятся:

1. Типы кабелей, шнуров и соединителей
2. Типы кабельных трасс, используемых для прокладки кабелей
3. Особенности скрепления кабелей
4. Длины кабельных маршрутов

ПОДХОД COMMSCOPE К ПРОЕКТИРОВАНИЮ И ИНСТАЛЛЯЦИИ

Рекомендации CommScope по качественной и надежной инсталляции системы для поддержки дистанционного питания базируются на целостном подходе, учитывающем:

• Типы кабелей и методы монтажа
• Типы и протяженность кабельных трасс
• Оптимальные методы администрирования и эксплуатации

ТИПОВАЯ ТОПОЛОГИЯ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ В ЗДАНИЯХ

На рис. 1 показан пример типичной прокладки кабельной системы в здании. При использовании PoE число кабелей в жгутах должно быть ограничено, а жгуты не следует укладывать плотно или друг на друга. Мы рекомендует следующее простое правило: в жгуте должно быть максимум 24 кабеля* — тогда при использовании кабелей 24AWG или с большим диаметром проводов температура в кабелях не превысит 60 °C даже в наихудших условиях. Считается, что при самых неблагоприятных условиях инсталляции температура окружающей среды не превышает 45 °C — при укладке кабелей как на открытом пространстве, так и в закрытых кабель-каналах.

Примечание: 24-кабельные жгуты соответствуют типовым конфигурациям коммутационных панелей, они наиболее практичны при инсталляции и позволяют оставить резерв для будущего расширения.

УКЛАДКА КАБЕЛЕЙ В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ И СЕРВЕРНЫХ КОМНАТАХ

В телекоммуникационных и серверных комнатах, а также в зонах ввода кабелей от внешних сетей жгуты обычно укладывают так, чтобы обеспечить удобное подключение и обслуживание, а также эстетически привлекательный внешний вид. На рис. 2 показан типичный вариант укладки кабелей.

УКЛАДКА КАБЕЛЕЙ В ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОДСИСТЕМЕ

При укладке кабелей в горизонтальной подсистеме необходимо обеспечить максимальную вентиляцию, что достигается выбором соответствующих систем кабельных трасс и распределением кабелей по всей их ширине. На рис. 3 показана укладка кабелей в лотке. На рис. 4 — пример инсталляции с использованием потолочных лотков.

ПОДКЛЮЧЕНИЕ К ТОЧКЕ SCP

На рисунке 5 показан пример подведения и подключения кабелей к точке концентрации сервисов — Service Concentration Point (SCP) — вблизи потолка. Распределенная ячеистая (grid) схема прокладки кабелей в подпотолочном пространстве — в соответствии с ISO/IEC11801–6 (в разработке), EN50173–6 или TIA‐862-B — обеспечивает необходимую гибкость для будущих подключений систем с дистанционным электропитанием.

На рис. 6 показано более детально подключение кабелей к точке концентрации сервисов (SCP).

СИСТЕМЫ КАБЕЛЬНЫХ ТРАСС

Особенности кабельных трасс могут повлиять на отвод тепла и температуру в жгуте кабелей. На рисунке 7 показаны две трассы с одинаковыми кабельными жгутами, но с разными лотками: проволочный лоток, как правило, обеспечивает меньший нагрев кабелей (по сравнению с цельнометаллическим), поскольку улучшает циркуляцию воздуха.

На рисунке 8 показан пример прокладки кабелей на отдельно стоящих крюках. Такая инсталляция обеспечивает хорошую циркуляцию воздуха вокруг кабелей, а также позволяет контролировать количество кабелей в жгуте.

УКЛАДКА В ЗАКРЫТЫХ КАБЕЛЬ-КАНАЛАХ

Укладка кабелей в закрытых кабель-каналах ухудшает температурные условия — температура в кабелях выше, чем при открытой прокладке. Применение такого способа укладки следует минимизировать и использовать только там, где это требуют регулирующие органы. При этом доля заполнение кабель-канала не должна превышать 40%, а размер жгута — не более 24 кабелей. На рисунке 9 показан пример 2-дюймового кабель-канала с приблизительным заполнением 24% для типичных кабелей категории 5e.

Запитываемое оборудование

Оборудование, на которое дистанционно подается emote питание, должно powering соответствовать equipment стандарту IEC62949 или EN62368–3. Инсталлятор должен изучить имеющуюся на оборудовании табличку с характеристиками для определения максимального тока в проводнике на каждом порте. Если ток меньше 0,3 А, то порт без каких-либо дополнительных мер можно подключать к кабелю категории 5 (или более высокой категории) как определено в стандартах TIA, ISO/IEC и CENELEC. Если максимальный ток выше 0,3 А, то необходимо обратиться к соответствующим стандартам и правилам для определения максимального числа кабелей в жгуте. Если размер жгута ограничен 24 кабелями (при использовании 4-парных кабелей с проводниками 24 AWG или большего диаметра), то без каких-либо дополнительных мер можно подключать устройство с номинальным током до 0,5 А.

Средства администрирования CommScope для систем дистанционного электропитания

ПО управления CommScope imVision® AIM System Manager включает функции для поддержки систем дистан­цион­ного питания. В этом ПО учтены рекомендации Приложения С (Annex C) стандарта TIA‐568-C по идентификации жгутов, записи данных по жгутам и связанным с ними линий связи (линков). imVision System Manager может выдать список всех кабелей в жгуте с указанием максимальной мощности электропитания на портах PSE, к которым они подключены. Это позволяет администратору сети видеть информацию о кабелях вместе с информацией о мощности электропитания, подаваемого в каждый из них. Если число кабелей в жгуте превышает заданное значение (например, 24 кабеля) или уровни мощности превышают пороговые, тогда выдаются сигналы тревоги. Таким образом предоставляется важная информация для обслуживания кабельной инфраструктуры, поддерживающей дистанционное электропитание.

Возможность увеличения числа кабелей в жгуте

Ограничение 24 кабеля в жгуте является рекомендацией, общим правилом, но не обязательным требованием. Иногда может потребоваться увеличение размера жгута и квалифицированный инсталлятор должен оценить возможный перегрев. Таблицы в соответствующих стандартах TIA, ISO/IEC и CENELEC содержат информацию, которая позволяет определить, насколько пучок с определенным числом кабелей определенной категории подходит для дистанционной подачи электропитания. Если для заданной температуры окружающей среды и условий инсталляции максимально допустимый ток в витой паре выше максимального тока на порте PoE, значит, размер жгута кабелей приемлем. В качестве примера ниже приведены данные в Таблице 1: Допустимые токи в витой паре при температуре окружающей среды +45°С для различных кабелей в зависимости от размера жгута (пучка) — предполагается стандартный температурный режим эксплуатации кабелей с максимально допустимой температурой +60°C.

Для того чтобы определить максимальный ток, при котором не будет перегрева кабелей, рассчитанных на температурный режим 60 °C, инсталлятор должен обратиться к таблице для конкретной температуры окружающей среды. Например, для категории 6A, если 61-кабельный жгут находится при температуре окружающей среды 45 °C, то, как следует из Таблицы 1, допустимый максимальный ток при расположении кабелей на открытом пространстве составляет 1,162 А, а при установке в закрытом кабель-канале — 1,008 А. Это больше значения 0,96 А — максимальный ток, который может выдавать источник по стандарту IEEE802.3bt. Значит, данную кабельную систему можно использовать для приложений PoE IEEE802.3. Отметим, что указанные значения тока указаны для наихудшего сценария при использовании 100-метровых кабелей 24AWG с сопротивлением петли 25 Ом. Кабели CommScope обладают улучшенными характеристиками, а потому инсталляторы могут увеличивать размер жгутов для более коротких пролетов и улучшенных размеров проводников — по сравнению с 24AWG (кабели категории 6А имеют проводники 23AWG).

NFPA NEC2017 и кабели LP

Некоторые компании продвигают LP-кабели для систем PoE с мощностью выше 60 Вт (при использовании четырех пар сбалансированного витопарного кабеля). Статья 840.160 норм NEC2017 освобождает от каких-либо дополнительных требований коммуникационные цепи, обеспечивающие подачу электропитания мощностью менее 60 Вт (0,3 А на проводник) на подключенное к ним оборудование. При более высокой мощности необходимо придерживаться определенных ограничений (на размер жгута в зависимости от передаваемого тока, диаметра проводника, температурного режима кабеля) или использовать кабели, получившие новую маркировку LP. Приведенная ниже таблица 725.144 является общей для всех типов кабелей классов 2 и 3 (Class 2 и 3).

Справка: Проводники в кабелях, предназначенных для передачи данных, как правило, имеют диаметр 22–26 AWG.

В статье 725.144 указаны две опции (см. ниже) для выполнения требований таблицы 725.144:

Опция А: Традиционные кабели CL3P, CL2P, CL3R, CL2R, CL3, CL2 могут использоваться для передачи электроэнергии и данных при соответствии параметрам, указанным в таблице 725.144 (например, кабель 23AWG с температурным режимом 60 °C может поддержать ток до 0,4 А при размещении в жгуте из 192 кабелей). Статья 840.160 дополнительно допускает замену кабелей связи (класса CM) кабелями классов 2 и 3 (CL).

Опция B: В перечень добавлены указанные в Опции А кабели с индексом «-LP» (например, CL2P-LP), протестированные в лабораториях UL при размере жгута до 192 кабелей и имеющие на оболочке маркировку с указанием силы тока (например, CL2P-LP[0.5 A], 23 AWG).

Как описано в настоящем Руководстве, компания CommScope практикует комплексный подход для PoE, который включает не только контроль токовой нагрузки, но и реализацию практических рекомендаций по недопущению повышения температуры, указанных в документах ISO TR29125, TIA TSB184-A и EN‐50174. Эти документы рекомендуют максимальный размер жгута 24 кабеля, что значительно улучшает температурные характеристики и не приводит к потребности в кабелях LP.

Дистанционное электропитание и гарантии CommScope на поддержку приложений

Для зарегистрированных проектов приложения IEEE802.3 PoE подпадают под условия Гарантийных программ по поддержке приложений Systimax®, Uniprise® и NETCONNECT® при условии выполнения требований соответствующих стандартов, руководств и норм. Обратитесь к представителю CommScope для получения дополнительной информации.

Рекомендации

Для проектов с дистанционным электропитанием компания CommScope рекомендует комплексный подход, который включает не только контроль максимальной токовой нагрузки в проводниках, но и реализацию практических рекомендаций по недопущению повышения температуры, указанных в документах ISO TR29125, CENELEC CLC/TR50174–99–1, CENELEC EN50174 и TIA TSB184-A. Эти документы рекомендуют использовать кабельные системы Категории 6A, Класса EA или более высоких категорий (классов) для всех новых инсталляций — они обеспечивают улучшенные характеристики для организации каналов с дистанционным питанием,— а также ограничивать максимальный размер жгута 24 кабелями, что значительно улучшает температурные характеристики. Использование приведенных в этих документах рекомендаций совместно с инсталляционной практикой CommScope обеспечит корректную работу систем во всем диапазоне мощности 15–90 Вт (указана мощность на уровне устройств PSE).

Следует также отметить, что в стандартах TIA, CENELEC и ISO специфицированы параметры кабельных систем при рабочих температурах до 60°С. Работа при боле высоких температурах не определена этими стандартами и представляет значительный риск для функционирования приложений. Но, тем не менее, температурные режимы от 60°C до 90°C являются допустимыми в нормах NEC‐2017 (см. таблицу 725.144).

Также стоит отметить, что указанный комплексный подход (основанный на использовании национальных и международных стандартов при тесном сотрудничестве с комитетом IEEE802.3) облегчает соблюдение правил безопасности. Например, топология «звезда» (ограничивающая использование одного порта PSE для питания одного устройства PD) улучшает контроль и совместимость при подаче питания, поскольку протокол LLDP используется для управления подачей питания на все устройства, подключенные к PSE. Кабельные комитеты ссылаются на национальные и международные электрические нормы для обеспечения соответствия местным нормам и правилам. Такой скоординированный и последовательный подход во многом обеспечил отсутствие каких-либо происшествий (приведших к гибели людей или порче имущества) при использовании сетей связи для подачи электропитания. Компания CommScope стремится гарантировать отсутствие таких происшествий и в будущем при внедрении новых систем дистанционного электропитания, четко регламентируя и контролируя все аспекты, связанные с кабельной инфраструктурой.

Список литературы

1. ISO/IEC14763–2 Информационные технологии — Развертывания и эксплуатация кабельных систем в помещении заказчика — Часть 2: Планирование и инсталляция
2. TIA 569.D‐2 Дополнительные аспекты использования кабельных трасс и пространств для поддержки дистанционной подачи электропитания по сбалансированным витопарным кабельным системам
3. CENELEC CLC/TR50174–99–1 Рекомендации по организации дистанционного питания
4. IEC60950–1 Оборудование информационных технологий — Безопасность — Часть 1: Общие требования, 2013
5. IEEE Std 802.3af‐2003, Питание устройства DTE (Data Terminal Equipment) через интерфейс MDI (Media Dependent Interface)
6. IEEE Std 802.3at‐2009, Питание устройства DTE (Data Terminal Equipment) через интерфейс MDI (Media Dependent Interface), расширенный вариант
7. IEEE P802.3bt Amendment (дополнение): Физический уровень и параметры управления для подачи питания на устройства DTE через интерфейс MDI по четырем парам
8. ISO/IEC TS29125 Информационные технологии — Требования к кабелям связи для дистанционного питания терминального оборудования
9. NFPA 70 Национальные электрические нормы (NEC), издание 2017 г.
10. TIA TSB184-A Рекомендации для поддержки подачи электропитания по сбалансированному витопарному кабелю