Питание по витой паре: главное о технологии Power over Ethernet

Технологии Power Line Communication (PLC) известны человечеству еще с первой половины XX столетия, хотя тогда это были телеграфные линии, которые совмещали с линиями электропередач. После этого, когда начал развиваться Интернет, для него тоже использовали ЛЭП, только вот скорость передачи сигналов оставляла желать лучшего и это, пожалуй, главная причина того, почему такой метод мало кому знаком. Но, как всем известно, научно-технический прогресс не стоит на одном месте и на сегодняшний день Internet via an outlet или Интернет через розетку 220 V позволяет передавать внушительный объем данных, но обо всем по порядку.

Данный тип соединения имеет свои недостатки и преимущества, которые как привлекают новых пользователей, так и отталкивают от его использования Источник onliner.by

Диаметр или площадь сечения

Есть один важный момент, про который не все в курсе. В описании кабеля «витая пара» (он же UTP, FTP или F/UTP) и на его упаковке обычно написано 4х2х0.51 (иногда 4х2х0.52). Это значит, что в кабеле 4 перевитых пары, в паре 2 жилы, диаметр каждой жилы 0.51мм. Диаметр, не сечение!

На силовых кабелях (ВВГ или NYM или КГВВ или МКШ) всегда написано сечение, измеряемое в квадратных миллиметрах, например, 3х1.5, 5х4 или 2х0.75. И у нас в голове уже засели типичные максимальные токи, которые могут идти по таким кабелям, например, по кабелю сечением 1.5 — 10 ампер, 2.5 — 16 ампер. И кажется, что раз у витой пары сечение 0.51мм2, то уж пару ампер-то она выдержит.

Но нет! Исторически сложилось так, что у витой пары обозначается не площадь сечения, а диаметр, из-за этого, конечно, возникает дикая путаница.

Нам многих сайтах написано с ошибкой, что у витой пары значение 0.5-0.6 относится именно к сечению, а не к диаметру.

Кабель для PoE

От качества кабеля напрямую зависит качество PoE, и то, на какую расстояние его можно провести. Витую пару необходимо подбирать:

• четырехпарную, не ниже cat.5e,
• медную, а не омедненную (не биметалл),
• с толщиной проводников не менее 0,51 мм (24 AWG),
• с сопротивлением проводников не выше 9,38 Ом/100 м (более высокие значения способствуют большей потери мощности в кабеле),
• хорошего производителя.

Отлично подойдут для линка с PoE, к примеру:

• Одескабель неэкранированный наружный.
• Одескабель экранированный внутренний. Возможность использования экранированного кабеля нужно уточнять по спецификациям производителя. Например, PoE стандарта 802.3af/802.3atв некоторых моделях MikroTik возможно только с неэкранированной витой парой.

Что такое AWG

Раз уж зашёл про это разговор, то на витой паре можно встретить буквы AWG. Это американский стандарт, описывающий диаметр кабеля. Причём, чем больше цифра написана после букв AWG, тем кабель тоньше. Вот простая табличка:

В этой же табличке можно видеть соотношение между диаметром жилы кабеля и площадью её сечения. При желании те же цифры можно получить по формуле S = pi * R ^ 2 (сечение = 3,14 * радиус в квадрате). Не забудьте, что радиус — это только половина диаметра.

Самый распространённый кабель — это AWG 24, диаметр каждой жилы витой пары 0.51мм, а площадь сечения всего 0.204 мм2.

Получается, что сечение жилы витой пары крайне мало, и ток, который можно передавать по ней, тоже крайне мал. В случае слаботочного питания надо искать не предельный ток, который можно передавать по витой паре, чтобы она не расплавилась, а падение напряжения в ней. То есть, нужно знать длину кабеля, ток нагрузки и удельное сопротивление, далее по закону Ома считать падение напряжения в кабеле, чтобы получить напряжение, которое придёт на питаемое устройство, пройдя по кабелю. Я рассматривал эти расчёты, когда писал про питание светодиодных лент.

Питание по витой паре: главное о технологии Power over Ethernet

Технология создавалась для IP-телефонии, систем видеонаблюдения и прочего оборудования, расположенного, к примеру, в труднодоступных местах или в зоне дефицита свободных розеток.

Что это такое и какое оборудование поддерживает технологию?

В развернутом виде аббревиатура PoE выглядит как Power over Ethernet, что в дословном переводе означает «питание по сети Ethernet». Технология создана с прицелом на передачу удаленному устройству электрической энергии вкупе с данными через обычную витую пару

.

На роль источников питания в таких сетях могут быть назначены коммутаторы, роутеры и другое активное сетевое оборудование. Принимающая сторона питания PoE — точки доступа, камеры видеонаблюдения, IP-телефоны, всевозможные охранные и служебные датчики. Также существуют промежуточные звенья цепочки, позволяющие связать активное оборудование PoE с устройствами, не поддерживающими технологию. Об этом ниже.

В сетях с пропускной способностью до 100 Мбит/с данные передаются только по двум парам Ethernet-кабеля. Соответственно, две оставшиеся пары остаются свободными. По ним то и налажена подача удаленного питания в простейшей схеме PoE. На деле же это не единственный вариант распиновки провода — она зависит еще и от стандарта технологии питания по сети.

Роутеры с поддержкой PoE MikroTik hAP ac2 от 4 227 р. MikroTik hAP ac3 от 6 207 р. Keenetic Voyager Pro KN-3510 от 8 600 р. MikroTik RB4011iGS+5HacQ2HnD-IN от 20 990 р. MikroTik hAP ac от 12 590 р. MikroTik hAP ac lite от 3 086 р. MikroTik SXT LTE6 Kit от 11 039 р. MikroTik hAP ac lite TC от 3 086 р. MikroTik RB2011UiAS-2HnD-IN от 7 822 р. MikroTik hAP от 2 750 р. MikroTik RB951G-2HnD от 4 949 р. MikroTik Audience LTE6 Kit от 17 528 р. MikroTik wAP ac v2 от 7 820 р. MikroTik 951Ui-2HnD от 3 677 р. MikroTik wAP ac от 6 180 р. Zyxel LTE7490-M904 от 26 438 р. MikroTik wAP ac LTE6 kit от 13 305 р. MikroTik Audience от 10 530 р. MikroTik BaseBox 2 от 5 681 р. TP-LINK CPE220 от 3 143 р.

Стандарты PoE

Всего существует три стандарта PoE:

• IEEE 802.3af
  — первое поколение стандарта выдает мощность до 15.4 Вт для каждого потребителя;
• IEEE 802.3at (PoE+)
  — обеспечивает питание мощностью до 30 Вт каждому устройству;
• IEEE 802.3bt (PoE++)
  — организует подачу электропитания мощностью до 51 Вт на каждого. В работе при этом задействованы все восемь проводников витой пары.

Для первого стандарта IEEE 802.3af предусматривается распиновка типа А и типа В:

• Тип А
  — передача электричества и данных налажена по жилам 1, 2, 3, 6. Жилы с порядковыми номерами 4, 5, 7, 8 не используются.
• Тип В
  — для подачи электрического питания используются жилы 4, 5, 7, 8. Данные передаются по остальным.

Во втором стандарте IEEE 802.3at (PoE+) применяется только схема В. Наглядные отличия между стандартами PoE можно лицезреть в табличке:
Разница в поколениях стандартов технологии PoE

В довесок каждому питаемому устройству присваивается определенный класс от 0 до 4 в зависимости от уровня потребляемой мощности

. Это необходимо для дальнейшего управления мощностью.
Распределение питаемых устройств по классам

Сетевое устройство подает питание потребителям только в том случае, если подключенное оборудование поддерживает технологию PoE. На первом этапе производится проверка питаемого устройства, в ходе чего на него подается напряжение от 2.8 до 10 B и определяется входное сопротивление. Если параметры соответствуют требуемым, питающее оборудование переходит к определению вышеупомянутых классов. После прохождения этапов определения и классификации питающее устройство подает в кабель напряжение 48 В с фронтом нарастания не быстрее 400 мс.

Коммутаторы с поддержкой PoE

MikroTik CRS328-24P-4S+RM от 41 684 р. MikroTik CRS112-8P-4S-IN от 13 996 р. MikroTik CRS354-48P-4S+2Q+RM от 73 966 р. TP-LINK TL-SG1016PE от 13 881 р. TP-LINK TL-SG1210MPE от 7 161 р. Ubiquiti UniFi Switch 8-150W от 16 876 р. Hikvision DS-S908P от 3 782 р. Ubiquiti UniFi Switch 24-250W от 38 950 р. MikroTik RB260GSP от 4 578 р. HP J9984A от 33 538 р. TP-LINK TL-SG105PE от 3 670 р. Cisco WS-C2960+48PST-S от 80 907 р. Ubiquiti UniFi Switch 24-PoE Gen2 от 38 450 р. Hikvision HiWatch DS-S504P(B) от 2 148 р. Ubiquiti UniFi Switch USW-Pro-48-POE Gen 2 от 51 480 р. HP Aruba Instant On 1930-48G-PoE-4SFP+370W от 52 890 р. Ubiquiti UniFi Switch Lite 16 PoE от 19 125 р. TP-LINK TL-SG1008MP от 5 505 р. D-Link DSS-100E-9P от 5 230 р. Ubiquiti UniFi Switch USW-Pro-24-POE Gen 2 от 65 040 р.

Промежуточное оборудование PoE

В случае необходимости включения в сетевую инфраструктуру оборудования без поддержки питания по витой паре применяется технология Passive PoE. Ее неотъемлемым звеном выступает PoE-сплиттер, который разделяет поступающий по проводу сигнал на данные и питание (12 В-24 В)

. Показатели мощности в такой схеме придется согласовывать самостоятельно, тщательно проверяя соответствие характеристик источника и потребителя.

Бывает и обратная ситуация, когда клиентское устройство с PoE требуется подключить к сетевому оборудованию без этой технологии. В такой схеме не обойтись без PoE-инжектора, который имеет на входе порт RJ45 и разъем для подключения к источнику питания. На выходе у него единственный разъем RJ45 уже с PoE.

Промежуточные звенья в схеме питания PoE именуются термином Mid-span. Ну а устройства, которые подают электропитание от начала кабельной линии, называются End-span.

Камеры видеонаблюдения с поддержкой PoE

Hikvision HiWatch DS-I214WB 2 mm от 4 065 р. Hikvision HiWatch DS-I259M от 4 546 р. Hikvision DS-2CD2443G0-IW 2.8 mm от 8 008 р. Hikvision HiWatch DS-I214WB 2.8 mm от 4 470 р. Falcon Eye FE-IPC-DP2e-30p от 2 333 р. Dahua EZ-IPC-D1B20P 2.8 mm от 2 960 р. Dahua EZ-IP EZ-IPC-D1B40P 2.8 mm от 3 766 р. Hikvision DS-2DE5432IW-AE от 39 330 р. Hikvision DS-2CD2423G0-IW 2.8 mm от 7 490 р. Hikvision HiWatch DS‑I214B 2 mm от 4 083 р. Hikvision HiWatch IPC-C042-G0/W 2.8 mm от 6 938 р. Hikvision HiWatch DS‑I214B 4 mm от 4 075 р. Hikvision HiWatch PTZ-N2204I-D3 от 9 500 р. Axis P3346 от 2 129 р. Hikvision DS-2CD2185G0-IMS 2.8 mm от 12 664 р. Hikvision DS-2CD2463G0-IW 2.8 mm от 10 058 р. Hikvision HiWatch DS-I214WB 4 mm от 4 400 р. Hikvision DS-2CD2443G2-I 2.8 mm от 8 206 р. Axis M1065-L от 25 530 р. MicroDigital MDC-L3290F от 7 980 р.

Требования к кабелю

Отдельный пакет требований предъявляется к кабелю для развертывания схем PoE. В них необходимо использовать витую пару категории 5е и выше. При этом нужны именно медные проводники, а не просто омедненные. Их толщина должна составлять не менее 0.51 мм, а сопротивление должно быть не больше 9.38 Ом/100 м.

Максимальная дальность передачи PoE-питания по витой паре упирается в 100-метровый порог, что прописано в требованиях стандартов 802.3af и 802.3at. Однако на практике желательно использовать кабели длиной до 75 м в случае с оборудованием End-span и до 60 м в схемах Mid-span. Некоторые продвинутые свитчи питают потребителей по витой паре и на расстоянии до 250 м. Яркий тому пример — коммутатор ZyXel GS1350-18HP спецом для обеспечения работоспособности систем видеонаблюдения.

Преимущества технологии

Ключевые преимущества технологии PoE можно выделить отдельными пунктами:

• Подключение питаемых устройств в труднодоступных местах.
• Управление по питанию
  (актуально «на удаленке», когда требуется перезапустить зависшее оборудование или устройства после «прилета» пакета свежих обновлений).
• Электробезопасность
  (для PoE максимум напряжения составляет 57 В).
• Упрощения обслуживания
  (техникам придется меньше ковыряться в схеме в случае неполадок).
• Эстетическая сторона вопроса
  (отсутствие лишних проводов оценят перфекционисты).

Есть у технологии и минусы: более высокая стоимость сетевого оборудования, пресловутое падение мощности на дальних дистанциях передачи энергопитания, требования к необходимой квалификации обслуживающего персонала.

Привлекательность технологии Power over Ethernet состоит в том, что она использует один комплект проводов для передачи данных и подачи питания. По итогу существенно упрощается инсталляция систем с питанием по витой паре и удается достичь экономии средств на стоимости силовых кабелей и других компонентов развертываемой сети.

Кабели для шины

Если у нас по помещениям раскинута шина CAN или RS485 или KNX, а на шине висят устройства, которые от неё питаются, то надо внимательно отнестись к выбору кабеля для шины. Если мы подключаем десяток датчиков Wirenboard на одну шину длиной до 60-70 метров, то проблем не будет, так как ток потребления небольшой и длина линии небольшая. Если мы переносим шину в какой-то промежуточный щит, в котором стоят модули, то в этом щите лучше поставить отдельный блок питания для надёжности. Ну а в общем случае можно использовать не витую пару для передачи питания, а что-то потолще. Например, КПСВЭВ 2х2х0.75 имеет честную площадь сечения каждой жилы именно 0.75мм2, то есть, в 3.7 раза больше, чем витая пара. Соответственно, падение напряжения в 3.7 раза меньше. Но и кабель сильно толще. И запасных жил меньше.

Специальные интерфейсные кабели для RS485 обычно имеют также небольшое сечение, у них диаметр жилы обычно порядка 0.6-0.8мм. Они не предназначены для питания большого количества потребителей на шине.

Специальные кабели для шины KNX обычно имеют диаметр 0.8мм.

У устройств KNX, надо заметить, потребляемый ток крайне мал, это единицы микроампер. Некоторые устройства требуют отдельного питания 24 вольта, например, большие сенсорные панели, к ним питание можно проложить отдельным кабелем типа 2х0.75.

Типы распиновки

Для стандарта 802.3af

Тип А. И электричество, и данные подаются по жилам 1, 2, 3, 6. Жилы 5, 7, 8 не используются.

Тип B. Для подачи электропитания используются жилы 4, 5, 7, 8. Данные передаются по остальным.

Для стандарта 802.3at

Применяется только тип B. Использование распиновки типа A запрещено стандартом.

Для Passive PoE:

В большинстве случаев подача электропитания осуществляется по проводникам 4, 5, 7, 8 (как в типе B стандарта 802.3af).

(картинка увеличивается по клику).

Существует также распиновка по третьему типу, когда для подачи питания задействуются все жилы стандартного четырехпарного кабеля, но она встречается реже, обычно в фирменных реализациях PoE, например, UPOE от Cisco.

Если с обеих сторон сети вы устанавливаете оборудование с поддержкой стандартов 802.3af/802.3at, то тип распиновки, фактически не имеет значения, так как устройство-потребитель PoE по стандарту может работать с любой из них. Однако если речь идет о совмещении оборудования разных стандартов, это может быть важным.

Не покупайте дешевую витую пару

Предупреждаю всех клиентов — не стоит покупать дешёвую витую пару! Совсем дешёвая — это меньше 10-12 рублей за метр. На совсем дешёвой написано CCA, это означает, что жилы сделаны не полностью сделанные из меди, а омеднённые. На медной написано CU (купрум!).

Далее смотрим на диаметр. 0.46 нежелателен, желателен 0.51. Вроде, разница небольшая, но сказывается на качестве кабеля.

Что такое некачественный кабель? Это такой, который вы подключаете в выключатель, а жила ломается. Причём, у самого выхода жилы из стены, то есть, этой жилы больше нет. Вот это самая неприятная ситуация. Рекомендуется брать кабели таких производителей как Lapp, Hyperline, Legrand, Cavel. Пусть кабель получится дорогой (рублей 50 за метр), но в ответственных стройках из-за некачественного кабеля могут возникнуть проблемы, стоимость решения которых будет гораздо выше стоимости кабеля.

Если есть возможность купить кабель в бухте не 305 метров (опять американский стандарт — 100 футов), а 500 или 1000 метров, то будет меньше обрезков.

Не надо для передачи сигналов брать кабель 6-й или даже 7-й категории (если только вам не нужна 10-гигабитная сеть), повышенная категория не означает автоматически более высокое качество. Кабель 6-й категории более жёсткий, чем 5-й, его менее удобно заводить в слаботочный шкаф. Если кабели компьютерной сети 6-й категории заводить в коммутатор в слаботочном шкафу без патч-панели, то их будет очень сложно так загнуть, чтобы они зашли в коммутатор и дали закрыться крышке шкафа.

21, всего, сегодня

Похожие посты:

1. Подбор оборудования Wirenboard и проектирование системы Расскажу немного о том, как проектировать систему Умный Дом на…
2. Монтаж кабеля для Умного Дома Как я уже писал, самым неразумным способом экономии в строительстве…
3. Подключение мощных светодиодных лент В подключении светодиодных лент масса тонкостей. Вот просто огромное количество….
4. Кабели для светодиодных лент Светодиодные ленты уже стали неотъемлимой деталью интерьера. Они позволяют создавать…
5. RS-485 Modbus в системах Умного Дома Modbus в системах Умного Дома В проводных системах автоматики Умный…
6. Диммирование освещения с Умного Дома Коснёмся актуального вопроса диммирования светильников с системы Умный Дом, особенно…
7. Клеммники для слаботочных кабелей Вопрос того, какие ставить клеммники для слаботочных кабелей, каждый решает…

Длина PoE

Согласно стандартов 802.3af и 802.3at длина кабеля для PoE заявляется равной 100 метрам. Однако на практике максимальная длина витой пары PoE зависит от многих факторов, в том числе заранее неизвестных:

• сечения проводников,
• металла проводников,
• количества изгибов на линии,
• наводок, неравномерных характеристик витой пары, перегибов кабеля и пр.

Со скидкой на перегибы и прочее максимальная длина кабеля PoE желательна не более 75 метров. Однако с действительно качественным кабелем, того же Одескабель, к примеру, можно сделать и больший пролет.

Если же мы говорим о Passive PoE, то здесь длина может быть меньше, вплоть до 30-60 метров. Расчет линии надо проводить с учетом:

• какое напряжение нужно питаемому устройству (в том числе при пиковой нагрузке),
• какое напряжение выдает источник,
• каково сопротивление витой пары и, соответственно, каковы будут потери напряжения на линии.