La alimentación a través de Ethernet (Power over Ethernet, PoE) ha avanzado mucho en los últimos años. Impulsada por la demanda de facilidad de instalación e impulsada por nuevos estándares que amplían la compatibilidad con más productos, se espera que la PoE tenga tasas de crecimiento explosivas que coincidan con el período inmediatamente posterior a la introducción de la tecnología en 2003.
Existen algunas razones atractivas para adoptar PoE. En primer lugar, al transmitir alimentación y datos a través del mismo cable, PoE elimina la necesidad de instalaciones de cableado adicionales, lo que ahorra dinero y cableado redundante. Esta consolidación también permite una implementación más rápida en el punto final, especialmente en productos ubicados en ubicaciones alejadas del edificio, como áreas de trabajo de transacciones de depósito, cámaras de seguridad, kioscos de ventas, etc. Y la alimentación remota permite consolidar la alimentación en una ubicación central.
Resumen de estándares
Si bien los estándares anteriores limitaban los tipos de productos que podían ser compatibles con PoE, los estándares recientes han permitido una transmisión de alimentación más alta, ampliando la gama de productos compatibles en la empresa y, a su vez, impulsando aún más las tasas de adopción. Sin embargo, la PoE de corriente más alta implica importantes consideraciones de cableado y conectividad a la hora de garantizar el máximo rendimiento en la red.
- En 2002, IEEE publicó el estándar 802.3af, que delineaba la alimentación a través de Ethernet con hasta 15,4 W de alimentación de CC, al tiempo que admitía 10BASE-T y 100BASE-T. La alimentación se entregó a través de dos de los cuatro pares girados de cable CAT 3 o superior.
- En 2009, IEEE introdujo la norma 802.3at, también conocida como la norma “PoE+”. Esta actualización permite la entrega de hasta 30 W y admite 1000BASE-T a través de CAT 5 o 6. También limitó la transmisión de alimentación a dos de los cuatro pares de cableado. Si bien los interruptores PoE+ son compatibles con productos que requieren mayor alimentación, también pueden detectar productos que requieren 15 W o menos y brindar el nivel adecuado requerido.
- En 2011, Cisco creó una implementación de PoE no estándar llamada alimentación universal a través de Ethernet (Universal Power over Ethernet, UPOE). UPOE puede usar los cuatro pares de cableado y suministrar hasta 60 W, ampliando aún más los tipos de productos compatibles.
- En abril 2013, IEEE anunció el grupo de estudio para crear 802.3bt, que definirá PoE en cuatro pares y será compatible con 10GBASE-T. El nuevo estándar definirá dos niveles de PoE: el tipo 3 admitirá hasta 60 W y el tipo 4 hasta 100 W, para productos que requieren mayor alimentación, como computadoras portátiles y televisores. Se espera que la fecha de publicación de 802.3bt sea a principios de 2017.
- Alimentación a través de HDBASET (PoH). HDBASET ofrece vídeo, audio, Ethernet de 100Mbit/s y alimentación. El estándar POH se basa en el estándar 802.3at, modificado para permitir la entrega de hasta 100 W a través de Cat 5e o 6 de 4 pares.
- TIA e ISO también están actualizando estándares que abordan el cableado para admitir PoE de cuatro pares de acuerdo con 802.3bt. Las pautas de la TIA TSB-184 para respaldar la entrega de alimentación a través de cableado de par girado equilibrado y el borrador de trabajo de los servicios de edificios distribuidos ISO/IEC 11801-6 están elevando los requisitos para el cableado de categoría 6A para admitir mejor PoE de cuatro pares IEEE 802.3bt, así como otras aplicaciones.
El equipo para entregar un sistema PoE
A PoE tiene dos componentes principales: equipo de suministro de energía (Power Sourcing Equipment, PSE) y un producto alimentado (Powered Device, PD). El PD recibe su alimentación del PSE utilizando cableado Ethernet estándar. El PSE puede dividirse en dos tipos: tramos finales y tramos medios. Básicamente, los tramos finales son interruptores Ethernet con circuitos PoE agregados, mientras que los tramos medios se colocan entre el interruptor y el producto alimentado.
Los tramos medios, también conocidos como inyectores PoE, se utilizan generalmente cuando la PoE es la única actualización que se realiza a la red, como cuando se agregan teléfonos IP o aplicaciones inalámbricas a una red no PoE existente. Esto evita reemplazar los interruptores que no ofrecen PoE, pero que aún se encuentran dentro de sus ciclos de vida útil productivos. Los tramos medios pueden ubicarse en cualquier lugar, siempre y cuando se instalen en una instalación que cumpla con los estándares, como una sala o caja de telecomunicaciones, y no se instalen como parte de un enlace permanente.
Cableado para PoE
Uno de los mayores problemas que pueden afectar el rendimiento es la generación de calor en paquetes de cables. Cuando se agrega alimentación al cableado de par girado equilibrado, los conductores de cobre generan calor y las temperaturas aumentan. El calor se disipa en el área circundante hasta que se alcanza una temperatura estable, con el paquete de cables a una temperatura más alta que la temperatura ambiente circundante. Las altas temperaturas pueden provocar una mayor pérdida de inserción y, a su vez, longitudes de cable más cortas permitidas, así como mayores costos de alimentación debido a la mayor disipación de alimentación en el cableado. A medida que los estándares de PoE recientes permitan transmisiones de alimentación más altas, es probable que las inquietudes sobre la temperatura sean aún más frecuentes.
Las temperaturas del cable no deberían superar la clasificación de temperatura del cable, y los cables comerciales suelen tener una clasificación de temperatura máxima de 60 grados Celsius. La Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones (Telecommunications Industry Association, TIA) recomienda 15 grados como la temperatura máxima permitida que se eleva por encima de la temperatura ambiente como resultado de la alimentación a través del cableado.
La TIA sugiere varias maneras de ayudar a bajar la temperatura del cableado:
1. Reduzca la cantidad de cables por paquete
Separar paquetes de cables grandes en paquetes más pequeños o evitar paquetes ajustados minimizará las temperaturas más altas. Por ejemplo, la TIA probó la temperatura de un paquete de 91 cables y luego separó ese paquete en tres paquetes de 37. La temperatura en el centro de un paquete de 91 cables fue mayor que la temperatura en el peor de los casos en el punto central de tres paquetes. Separar físicamente los tres paquetes entre sí redujo aún más la temperatura máxima.
2. Usar cableado de
categoría más alta El cable de categoría más alta generalmente implica calibres más grandes y, a medida que aumentan las corrientes de alimentación, estos conductores más grandes funcionan mejor que los cables más pequeños. La Figura 1 muestra pruebas de la TIA que comparan el aumento de temperatura con el aumento del tamaño del paquete de cables para diferentes clasificaciones de categoría y sus calibres de cables. Todos los cables se probaron con una corriente de 1000 mA por par. La prueba muestra que los cables clasificados por categoría más alta permiten paquetes más grandes con un aumento máximo de temperatura de 15 grados. El tamaño de paquete permitido era de 52 cables para Cat 5e, 64 para Cat 6, 74 para Cat 6A y un aumento similar para Cat 8.
La Figura 2 compara el aumento de temperatura en 100 paquetes de cables de categoría 5e, 6 y 6A, a medida que aumenta la corriente por par (en los cuatro pares). Una vez más, el cableado de categoría más alta es capaz de soportar más capacidad de corriente a los 15 grados máximos permitidos, ya que el paquete de categoría 6A admitía 865 mA por par. Se hace evidente que el cableado de categoría superior será necesario para minimizar los aumentos de temperatura y, al mismo tiempo, admitir dispositivos de distribución que requieren más alimentación. Por este motivo, Leviton recomienda usar la categoría 6A para nuevas aplicaciones PoE de cuatro pares.
3. Instalar cableado
protegido Los ingenieros de Leviton recientemente probaron cómo el calor afectaba el rendimiento en el cableado de categoría 6A de Leviton. Compararon tres tipos de cables: par girado no protegido (Unshielded Twisted Pair, UTP), par girado no protegido laminado (Foiled Unshielded Twisted Pair, F/UTP) y cable con la tecnología de hélice con cancelación de ruido (Noise Canceling Helix Technology, NCHT) patentada de Leviton. El cable NCHT incluye una "envoltura de aislamiento" metálica que rodea el núcleo de 4 pares y cuenta con separaciones en la abrazadera para evitar que la corriente fluya a lo largo del cable. Esta abrazadera de aislamiento proporciona supresión adicional de diafonía exógena, pero elimina la necesidad de conexión a tierra y unión que generalmente se requiere con el cableado protegido.
Las muestras de cable se probaron con una corriente PoE+ de 600 mA por par en los 4 pares a una temperatura ambiente de 60 grados Celsius. Cada tipo de cable se enrolló en una longitud separada de 90 metros y se terminó con conectores en ambos extremos. Luego aplicaron la corriente mientras monitorizaban el aumento de temperatura del paquete.
Si el resultado de la prueba supera los requisitos de pérdida de inserción de TIA-568-C.2 e ISO/IEC 11801 Clase EA, finalizarían la prueba para ese tipo de cable. Si el resultado fallaba, extraían 1 metro de cable de la bobina, lo reterminaban y volvían a aplicar la corriente, luego realizaban otra medición. Continuaron con este proceso hasta obtener un resultado aprobado.
La reducción de la capacidad normal de la longitud de pérdida de inserción varió considerablemente entre los cables probados, como se indica en la Figura 3. El cable UTP mostró el peor rendimiento, ya que requirió extraer más de 9 metros de longitud antes de obtener un resultado de pérdida de inserción aprobado. Los cables F/UTP y NCHT funcionaron significativamente mejor, ya que los cables NCHT requirieron solo 1 metro de longitud y el cable F/UTP todavía pasaba a 90 metros.
La gran diferencia de rendimiento entre el UTP y los demás cables a temperaturas elevadas probablemente se deba a que el cable UTP no tiene protección ni barrera de aislamiento entre los conductores aislados y el material de revestimiento del cable externo. A su vez, puede haber una interacción que cambie la constante dieléctrica alrededor del conductor y contribuya a una mayor atenuación a una temperatura más alta.
Es importante destacar que, si bien la pérdida de inserción varió entre los tipos de cables F/UTP y NCHT, hay ventajas y desventajas para cada tipo de cable. Si bien el F/UTP fue el mejor, el NCHT ofrece el beneficio de no tener conexión a tierra ni unión, y es más fácil de terminar. Estas consideraciones deben realizarse en función de su aplicación de red específica.
Confiabilidad de la conexión
Otra consideración con PoE de corriente más alta es el potencial de daños a lo largo del tiempo a los conectores RJ-45 de la red. Específicamente, cuando se desconecta un cordón de interconexión mientras la conexión está cargada, se produce un arco eléctrico entre el conector y la clavija. Si bien no hay daños inmediatos (y el arco no es peligroso para los usuarios), la integridad de la conexión puede debilitarse debido a numerosas desconexiones.
Para agregar protección adicional y longevidad a la vida útil de la conexión, Leviton recomienda usar conectores con púas doradas de 50 μm (según lo especifican los estándares de la TIA), así como diseños que separan el punto de conexión entre las púas del conector y la clavija del daño por arco eléctrico. También deben cumplir con los requisitos de resistencia de contacto de la norma IEC 60512-99-001 que cubre los conectores para equipos electrónicos.
Leviton probó la ubicación y la gravedad de las picaduras en el juego de púas del conector de Leviton como resultado de los arcos eléctricos en los contactos cuando la clavija y el conector se desconectan en una aplicación PoE+ energizada. La prueba reveló que las picaduras se desarrollaron tanto en las púas del conector como en los contactos de la clavija después de 25 ciclos de inserción, con más daños después de 25 ciclos adicionales con flujo de corriente inversa.
Sin embargo, la ubicación de las picaduras en los conectores de Leviton está lo suficientemente lejos del punto de contacto entre las púas y el contacto de la clavija cuando los conectores están acoplados, como se muestra en la Figura 4. Esto significa que las picaduras no afectan el rendimiento eléctrico de los conectores dentro de un canal, lo que proporciona mayor durabilidad.
Acerca de los sistemas de cableado de cobre de Leviton
La conectividad de alta calidad es esencial para lograr el rendimiento, la confiabilidad y la flexibilidad necesarios en las operaciones de red actuales. Leviton se dedica a ofrecer los sistemas de cableado de más alto rendimiento para respaldar la infraestructura en redes de misión crítica, empresas pequeñas a grandes y unidades residenciales.
Los conectores, cordones de interconexión y paneles de interconexión del sistema de cobre de Leviton están clasificados por componentes y probados y verificados por terceros para superar el rendimiento estándar de la industria. Y las instalaciones de sistemas que califican están respaldadas por una garantía limitada de por vida. Siempre puede esperar recibir el máximo retorno de la inversión en infraestructura (ROii™) cuando elige la conectividad de Leviton.
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