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Comment éviter la surchauffe du câblage PoE ?

Howard

Traducteur David
29 décembre 2020

La technologie de l'alimentation par Ethernet (PoE), qui combine la transmission d'énergie et de données sur un seul câble, a fait de grands progrès au cours des dernières décennies. Les applications PoE ont évolué du téléphone VoIP et de la caméra de sécurité vers les dispositifs IoT, y compris les appareils médicaux, les systèmes de contrôle d'accès pour les bâtiments intelligents, etc. Chaque évolution de la technologie PoE a vu la transition vers un niveau de puissance plus élevé, cependant, la question du surchauffage avec une puissance plus élevée du câblage PoE devient une question essentielle. Ce post examine l'augmentation de la chaleur avec les PoE de haute puissance (High Power PoE) ainsi que l'exploration des solutions pour éviter les problèmes de surchauffe.

Évolution des normes PoE

Comme le marché du PoE continue à se développer, afin de répondre aux besoins du marché, les normes PoE ont traversées plusieurs générations de versions allant de la norme initiale IEEE 802.3af à la toute dernière norme IEEE 802.3bt. Dans le tableau suivant, nous allons examiner de plus près les quatre types de PoE standard.

Type 1 Type 2 Type 3 Type 4
Dénomination PoE PoE+ PoE++, UPoE High-Power PoE
Dénomination PoE PoE+ PoE++, UPoE High-Power PoE
Norme PoE IEEE 802.3af IEEE 802.3at IEEE 802.3bt IEEE 802.3bt
Puissance maximale par port 15.4 W 30 W 60 W 100 W
Puissance à l'appareil alimenté 12.95 W 25.5 W 51 W 71.3 W
Paire torsadée utilisée 2-Pair 2-Pair 4-Pair 4-Pair
Câbles pris en charge Cat5e Cat5e Cat5e Cat5e
Applications courantes Téléphone IP Vidéo phone Dispositif MGMT Éclairage LED

La norme PoE IEEE 802.3af, également appelée PoE type 1, est l‘une des premières normes conçues pour les appareils à faible consommation d'énergie tels que les téléphones IP traditionnels et les caméras de sécurité. Néanmoins, avec les appareils de forte puissance, 12,95W sont insuffisants pour satisfaire leurs exigences, ce qui constitue une limitation du PoE. Par la suite, la norme initiale a été suivie par la norme IEEE 802.3at qui a élargi la gamme d‘applications PoE telles que le vidéo-téléphone et l'accès bi-bande pour ordinateurs de bureau. Puis est arrivée la dernière norme PoE IEEE 802.3bt. En plus de l'augmentation du niveau de puissance du PoE, il provoque une augmentation de la température dans un câble PoE. En particulier lorsque la puissance de sortie du câble PoE atteint 100 W, l'augmentation de la chaleur du câble PoE devient plus évidente.

Augmentation de la chaleur: l'inquiétude liée au High Power PoE

Avec les normes PoE précédentes IEEE 802.3af et IEEE 802.3at, la puissance maximale fournie par l‘equipement d‘alimentation électrique (PSE) est de 15,4W et 30W. Il ne risque pas de surchauffer à ce niveau de puissance, sauf si les températures ambiantes sont extrêmes ou si les faisceaux de câbles sont trop grands. Deux paires des quatre paires d'un câble Ethernet suffisent pour transporter le courant. Cependant, comme la puissance des appareils terminaux augmente, le câblage PoE doit être optimisé pour fournir une puissance plus élevée. Un moyen efficace d'améliorer l'efficacité du câble est d'augmenter le nombre de fils transportant le courant - La norme PoE de type 3 et de type 4 utilise les quatre paires pour l'injection de puissance, au lieu des deux paires utilisées dans les normes précédentes.

Câblage PoE-1

Figure 1 : PoE à 2 paires vs PoE à 4 paire

Le PoE à 4 paires double la quantité de puissance disponible, ce qui permet une augmentation du PoE pour prendre en charge des appareils plus puissants au lieu d'être limité aux appareils nécessitant une faible puissance de 15W ou 30W. Cependant, la puissance élevée n'est pas la seule chose à laquelle il faut prêter attention dans le câblage PoE. L'augmentation de la chaleur est un autre facteur. Les fabricants et consortiums techniques ont examiné l'impact thermique de la distribution d‘une puisance de 100 watts sur 4 paires de PoE. Apparemment, l'augmentation de la puissance augmente le flux de courant, ce qui entraîne une augmentation significative de la température des câbles.

Pourquoi la surchauffe est-elle une affaire de priorité ?

Pourquoi faut-il considérer aussi sérieusement l'augmentation de la chaleur du câblage PoE? Tout cela en raison des effets négatifs de l'augmentation de la chaleur sur la stabilité des liaisons et la durée de vie du câblage.

La surchauffe du câblage PoE peut entraîner une augmentation de la perte d'insertion. Pour maintenir la qualité du signal, les administrateurs doivent raccourcir la longueur du câble afin de compenser la perte de la liaison. Une augmentation de la chaleur provoquera la détérioration prématurée des matériaux de revêtement. En cas de fonctionnement à haute température durant une longue période, la gaine extérieure peut se briser et affecter la structure interne, compromettant l'équilibre du câble à paires torsadées et entraînant une baisse des performances électriques. Comme le réchauffement provoqué par High Power PoE a un impact considérable, il est nécessaire de procéder à une évaluation minutieuse avant le déploiement d‘un câblage PoE. Un meilleur refroidissement du câblage permettra de tirer profit des excellentes performances de transmission.

Types fréquents d'applications High Power PoE

Comme cela a été mentionné dans la partie précédente, un câblage High Power provoque une augmentation de la chaleur. Poussée par le besoin de puissance plus élevée, la nouvelle technologie PoE devrait progresser pour donner accès à de nouveaux modèles PoE et élargir le champ d'application de cette technologie aux marchés existants qui ont besoin de puissances supérieures. Parmi les applications qui tirent profit de la technologie High Power PoE, nous pouvons citer :

  • Bâtiments intelligents avec IoT (éclairage LED connecté)

  • Des zones urbaines sûres (caméras de sécurité haute définition à balayage horizontal, vertical et zoom)

  • Systèmes de points de vente au détail et affichage numérique

  • Points d'accès sans fil haute performance

  • Kiosques

  • Structures réduites

Précautions à prendre pour réduire la température du câblage PoE

Les problèmes de surchauffe peuvent être également attribués à la construction du câble/conducteur et à des situations d'installation spécifiques. Les suggestions suivantes visent à réduire la chaleur du câblage PoE et seront examinées de manière exhaustive à partir de ces aspects.

1. Utiliser un câblage de catégorie supérieure

En général, plus la catégorie de câble est élevée, plus la chaleur sera faible. Selon les résultats de tests effectués par les ingénieurs de Leviton, le câblage de catégorie supérieure présentait une corrélation avec des températures plus basses après avoir testé plusieurs types de câbles à fibres optiques de différentes catégories. Pour les nouvelles installations PoE, TIA suggère d'utiliser le Cat6A.

Câblage PoE-1

Figure 2 : Courant par catégorie de câble

2. choisir un câble avec un conducteur plus large (c'est-à-dire un numéro de calibre inférieur)

Une augmentation de la chaleur peut être le résultat de la résistance du conducteur dans les applications PoE. Plus le conducteur est large, plus il peut réduire sa capacité de résistance, permettant une circulation plus facile du courant et génère moins de chaleur.

3. Les connecteurs de câble doivent être dotés d'un corps métallique solide

Envisagez d'utiliser des connecteurs avec une structure entièrement métallique, au lieu de plastique. Par rapport aux matériaux de revêtement thermoplastiques, le métal a une conductivité plus élevée et dissipe mieux la chaleur.

4. Choisissez des câbles avec un faisceau de taille inférieure

En mesurant la température de faisceaux de câbles de grande taille et ceux de taille réduite, TIA a constaté que le noyau d‘un faisceau de câble plus large présentait une température plus élevée que celui des faisceaux de taille inférieure. La norme TSB-184-A développée par le sous-comité TIA recommande de maintenir les câbles séparés pour faciliter la dissipation de la chaleur. Si cela n'est pas possible, il est recommandé utiliser des câbles avec des faisceaux de taille réduite.

5. Installer un câblage blind

Il a été affirmé que la présence de blindage ou de feuille métallique aide à dissiper la chaleur. Si le câble est muni d‘une feuille de blindage autour de chaque paire, il fournira de meilleures qualités de dissipation de la chaleur que les câbles à paires torsadées non blindées. Par conséquent, les câbles S/FTP ou F/UTP sont plus appropriés que les systèmes de câblage UTP pour les applications PoE.

Câblage PoE-1

Figure 3 : Effet de dissipation de la chaleur des câbles UTP vs F/UTP

6. Planifiez la gestion de vos câbles PoE

Veuillez laisser de l‘éspace entre vos câbles au lieu de les regrouper tous ensemble. Distribuez vos câbles ou faisceaux de manière dispersée. Une densité de câble élevée favorisera une augmentation de la chaleur dans le câble. Il vous est suggéré d'utiliser des systèmes de gestion de câblage qui permettent une meilleure circulation de l'air entre les câbles et faisceaux.

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