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Come Evitare il Surriscaldamento del Cablaggio PoE?

Updated on set 15, 2022
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La tecnologia Power over Ethernet (PoE), che combina la trasmissione di energia e dati su un unico cavo, ha fatto grandi progressi negli ultimi decenni. Le applicazioni del PoE si sono estese dai telefoni VoIP e dalle telecamere di sicurezza ai dispositivi IoT, tra cui dispositivi medici, sistemi di controllo degli accessi per edifici intelligenti, ecc. Ogni evoluzione della tecnologia PoE ha visto il passaggio a un livello di potenza più elevato, tuttavia il problema del surriscaldamento con l'aumento della potenza nel cablaggio PoE diventa un problema essenziale. In questo post si parlerà dell'aumento di calore con il PoE ad alta potenza e si esploreranno le soluzioni per evitare i problemi di surriscaldamento.

 

Evoluzione degli Standard PoE

Con la continua crescita del mercato PoE, gli standard PoE passano attraverso diverse generazioni di versioni, dallo standard primario IEEE 802.3af al più recente standard IEEE 802.3bt, per soddisfare le esigenze del mercato. Nel grafico che segue, analizzeremo più da vicino i quattro tipi di standard PoE.

  Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3 Tipo 4
Nome PoE PoE+ PoE++, UPoE High-Power PoE
Nome PoE PoE+ PoE++, UPoE High-Power PoE
PoE Standard IEEE 802.3af IEEE 802.3at IEEE 802.3bt IEEE 802.3bt
Max. Power per Port 15.4 W 30 W 60 W 100 W
Power to PD 12.95 W 25.5 W 51 W 71.3 W
Twisted Pair Used 2-Pair 2-Pair 4-Pair 4-Pair
Cavi Supportati Cat5e Cat5e Cat5e Cat5e
Typical Application IP phone Video phone MGMT device LED lighting

Lo standard PoE IEEE 802.3af, chiamato anche PoE tipo 1, è un primo standard progettato per i dispositivi a bassa potenza, come i telefoni IP tradizionali e le telecamere di sicurezza. Tuttavia, con l'introduzione di dispositivi ad alta potenza, 12,95 W non sono sufficienti per le loro esigenze e questo diventa un limite del PoE. In seguito, al primo standard è seguito lo standard IEEE 802.3at, che ha ampliato la gamma di applicazioni PoE come la videotelefonia e l'accesso desktop dual-band, per poi arrivare al più recente standard IEEE 802.3bt. L'aumento del livello di potenza PoE provoca un aumento della temperatura all'interno del cavo PoE. Soprattutto quando la potenza di uscita PoE raggiunge i 100 W, l'aumento di calore del cavo PoE diventa più evidente.

 

Aumento del Calore: La Preoccupazione che Emerge con Il PoE ad Alta Potenza

Nei precedenti standard IEEE 802.3af e IEEE 802.3at PoE, la potenza massima fornita dal PSE è di 15,4W e 30W. Non è probabile che si surriscaldi a questo livello di potenza, a meno che non si verifichino temperature ambientali estreme o fasci di cavi troppo grandi. Due delle quattro coppie di un cavo Ethernet sono sufficienti per trasportare la corrente. Tuttavia, poiché la potenza dei dispositivi finali è in aumento, il cablaggio PoE è destinato a migliorare per fornire una potenza maggiore. Il mezzo efficace per migliorare l'efficienza del cavo è aumentare il numero di fili che trasportano la corrente: lo standard PoE di tipo 3 e 4 utilizza tutte e quattro le coppie per iniettare la corrente anziché le due coppie utilizzate nei primi standard.

Figura 1: PoE a 2 coppie e PoE a 4 coppie

Il PoE a 4 coppie ha raddoppiato la quantità di potenza disponibile, consentendo l'espansione del PoE per supportare dispositivi di maggiore potenza invece di essere limitato ai dispositivi che necessitano di bassa potenza, come 15W o 30W. Tuttavia, l'alta potenza non è l'unico aspetto che richiede attenzione nel cablaggio PoE. L'aumento di calore è un altro. Produttori e consorzi tecnici hanno lavorato per valutare l'impatto termico dell'erogazione di 100 Watt di potenza su 4 coppie PoE. A quanto pare, l'aumento della potenza aumenta il flusso di corrente, con conseguente aumento del riscaldamento del cavo.

Perché l'Aumento del Calore è un Problema Fondamentale?

Perché consideriamo così seriamente l'aumento di calore nel cablaggio PoE? Gli effetti negativi dell'aumento di calore sulla stabilità del link e sulla durata del cablaggio.

Il surriscaldamento del cablaggio PoE può causare un aumento della perdita di inserzione. Per mantenere la qualità del segnale, gli amministratori devono ridurre la lunghezza del cavo per compensare la perdita nel link. L'aumento del calore provoca l'invecchiamento prematuro dei materiali di rivestimento. Se il cavo viene utilizzato per lungo tempo in condizioni di alta temperatura, la guaina esterna può rompersi e intaccare la struttura interna, rompendo l'equilibrio del cavo a coppie intrecciate e causando il declino delle prestazioni elettriche. Inoltre, poiché l'influenza dell'aumento di calore nel PoE ad alta potenza è irresistibile, è necessaria un'attenta valutazione prima dell'implementazione del cablaggio PoE in caso di successivo smaltimento. Un migliore raffreddamento del cablaggio aiuterà a raccogliere i frutti di eccellenti prestazioni di trasmissione.

Tipi Comuni di Applicazioni PoE ad Alta Potenza

Come già accennato nella sezione precedente, con il cablaggio PoE ad alta potenza si verifica un aumento di calore. Spinta dalla necessità di una maggiore potenza in tutto il mondo, si prevede che la nuova tecnologia PoE progredisca per abilitare nuovi mercati PoE e ampliare la portata di PoE ai mercati esistenti che richiedono una potenza elevata. Le applicazioni che sfruttano la tecnologia PoE ad alta potenza includono:

  • Edifici intelligenti con IoT aziendale (illuminazione LED connessa)

  • Città sicure (telecamere di sicurezza pan-tilt-zoom ad alta definizione)

  • Sistemi POS per la vendita al dettaglio e segnaletica digitale

  • Punti di accesso wireless ad alte prestazioni

  • Kiosks

  • Piccole celle

 

Precauzioni per Ridurre al Minimo l'Aumento di Calore nel Cablaggio PoE

In definitiva, il problema del surriscaldamento può essere attribuito alla struttura del cavo/conduttore e a specifiche situazioni di installazione. I seguenti suggerimenti per ridurre al minimo l'aumento di calore nel cablaggio PoE saranno elencati in modo esaustivo a partire da questi aspetti.

1. Utilizzare un cablaggio di categoria superiore

In generale, più alta è la categoria del cavo, più basso sarà il calore. Secondo i risultati dei test condotti dagli ingegneri di Leviton, i cavi di categoria superiore sono stati correlati a temperature più basse dopo aver testato diversi tipi di categoria di cavi in fibra. Per le nuove installazioni PoE, TIA suggerisce Cat6A per l'uso.

Figura 2: Corrente per categoria di cavo

2. Scegliere un cavo con un conduttore più grande (cioè con un numero di calibro inferiore)

L'aumento di calore può essere il risultato della resistenza del conduttore nelle applicazioni PoE. Più il conduttore è grande, più è in grado di ridurre la resistenza del conduttore, più facile sarà il flusso di corrente e meno calore genererà.

3. I connettori per cavi devono avere un corpo solido in metallo

Considerare l'utilizzo di connettori con corpo interamente in metallo, anziché in plastica. Rispetto ai materiali di rivestimento termoplastici, il metallo ha una maggiore conduttività e una migliore dissipazione del calore.

4. Scegliete cavi con fasci di dimensioni ridotte

Misurando la temperatura di un fascio di cavi di grandi dimensioni e dei fasci più piccoli separati da quello grande, la TIA ha rilevato che il nucleo del fascio di cavi di grandi dimensioni registrava una temperatura più elevata rispetto ai fasci più piccoli. Il TSB-184-A sviluppato dal sottocomitato TIA raccomanda di lasciare i cavi separati per favorire una migliore dissipazione del calore. Se non è possibile, si raccomanda di ridurre le dimensioni dei fasci.

5. Installare un cablaggio schermato

È stato affermato che l'esistenza di uno schermo metallico o di una lamina aiuta a dissipare il calore. Se il cavo utilizza una schermatura metallica attorno a ogni coppia, avrà migliori qualità di dissipazione del calore rispetto ai cavi a doppino non schermati. Pertanto, i cavi S/FTP o F/UTP sono più applicabili dei sistemi di cablaggio UTP nelle applicazioni PoE.

Figura 3: Effetto di dissipazione termica del cavo UTP vs F/UTP

6. Pianificare la gestione dei cavi PoE

Raggruppate i cavi il più possibile, invece di raggrupparli tutti insieme. Distribuite i cavi o i fasci di cavi nel modo più disperso possibile in un'area disponibile. Un'alta densità di cavi contribuirà ad aumentare il calore all'interno dei cavi o dei fasci di cavi. Si consiglia di utilizzare strumenti di gestione dei cavi che consentono un migliore flusso d'aria intorno ai cavi e ai fasci di cavi.

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