L’alimentation par Ethernet (PoE) a fait de grands progrès ces dernières années. Animée par la demande de facilité d’installation et stimulée par les nouvelles normes qui étendent le soutien à plus de dispositifs, la PoE devrait connaître des taux de croissance explosifs qui correspondent à la période peu de temps après l’introduction initiale de la technologie en 2003.
Il existe des raisons attrayantes d’adopter la PoE. Avant tout, en faisant passer l’alimentation et la transmission de données sur le même câble, PoE élimine le besoin d’installations de câblage supplémentaires, ce qui permet d’économiser de l’argent et du câblage redondant. Cette consolidation permet également un déploiement plus rapide au point de terminaison, en particulier pour les dispositifs situés à des emplacements éloignés du bâtiment, comme les zones de travail des transactions d’entrepôt, les caméras de sécurité, les kiosques de vente, etc. De plus, l'alimentation à distance permet de consolider l'alimentation en un seul emplacement central.
Présentation des normes
Alors que les normes précédentes limitaient les types de dispositifs qui pourraient être pris en charge par PoE, les normes récentes ont permis une transmission de puissance plus élevée, augmentant la gamme de dispositifs pris en charge dans l’entreprise et augmentant ainsi les taux d’adoption. Cependant, la PoE à courant plus élevé apporte des considérations importantes en matière de câblage et de connectivité pour assurer un rendement optimal du réseau.
- En 2002, l’IEEE a publié la norme 802.3af, qui décrit l’alimentation par Ethernet à une puissance allant jusqu’à 15,4 W c.c., tout en prenant en charge 10BASE-T et 100BASE-T. L’alimentation a été fournie sur deux des quatre paires torsadées de câble de cat. 3 ou plus.
- En 2009, l’IEEE a lancé la norme 802.3at, également connue sous le nom de « PoE+ ». Cette mise à jour permet de livrer jusqu’à 30 W et prend en charge 1000BASE-T sur CAT 5 ou 6. Elle limitait également la transmission de l’alimentation à deux des quatre paires de câblage. Bien que les commutateurs PoE+ prennent en charge les dispositifs qui nécessitent une puissance plus élevée, ils peuvent également détecter les dispositifs nécessitant 15 watts ou moins et fournir le niveau approprié requis.
- En 2011, Cisco a créé une implémentation PoE non standard appelée alimentation universelle sur Ethernet (UPOE). UPOE peut utiliser les quatre paires de câblage et fournir jusqu’à 60 W, élargissant ainsi les types de dispositifs qui peuvent être pris en charge.
- En avril 2013, l’IEEE a annoncé le groupe d’étude pour la création de 802.3bt, qui définira PoE sur quatre paires et prendra en charge 10GBASE-T. La nouvelle norme définira deux niveaux de PoE : le type 3 prend en charge jusqu’à 60 watts et le type 4 jusqu’à 100 watts pour les dispositifs nécessitant une puissance plus élevée, comme les ordinateurs portables et les téléviseurs. La date de publication de 802.3bt est prévue début 2017.
- Alimentation sur HDBASET (PoH). HDBASET offre vidéo, audio, Ethernet 100Mbit/s et alimentation. La norme POH est basée sur la norme 802.3at, modifiée pour permettre la livraison de jusqu’à 100 W sur 4 paires de cat. 5e ou 6.
- La TIA et l’ISO mettent également à jour les normes qui traitent du câblage pour prendre en charge la PoE à quatre paires conformément à la norme 802.3bt. Les directives TIA TSB-184 pour la prise en charge du câblage à paires torsadées équilibrées et ISO/CEI 11801-6 sur les services de bâtiment réparti établissent des exigences pour le câblage de catégorie 6A afin de mieux prendre en charge la PoE à quatre paires IEEE 802.3bt, ainsi que d’autres applications.
L'équipement pour la livraison PoE
Un système PoE comporte deux composants principaux : l'équipement d'approvisionnement électrique (PSE) et un dispositif alimenté (PD). Le PD reçoit son alimentation du PSE à l’aide d’un câblage Ethernet standard. Le PSE peut être divisé en deux types : les marettes de terminaison et les marettes intermédiaires. Les points d'extrémité sont essentiellement des commutateurs Ethernet avec circuits PoE ajoutés, tandis que les points d'extrémité intermédiaires sont positionnés entre le commutateur et le dispositif alimenté.
Les mi-chemins, également appelés injecteurs PoE, sont généralement utilisés lorsque la PoE est la seule mise à niveau effectuée sur le réseau, par exemple lors de l’ajout de téléphones IP ou d’applications sans fil à un réseau non PoE existant. Cela évite de remplacer les interrupteurs qui n’offrent pas de PoE, mais qui sont toujours dans leur cycle de vie productif. Les mi-chemins peuvent être situés n'importe où, à condition qu'ils soient installés dans une installation conforme aux normes, comme une salle ou un logement de télécommunications, et qu'ils ne soient pas installés dans le cadre d'une liaison permanente.
Câblage PoE
L’un des plus grands problèmes qui peut affecter le rendement est la génération de chaleur dans les faisceaux de câbles. Lorsque l'alimentation est ajoutée au câblage à paires torsadées symétriques, les conducteurs de cuivre génèrent de la chaleur et des températures qui augmentent. La chaleur se dissipe dans la zone environnante jusqu’à ce qu’une température stable soit atteinte, le faisceau de câbles étant à une température supérieure à la température ambiante environnante. Les températures élevées peuvent entraîner une perte d’insertion plus élevée et, à leur tour, des longueurs de câble admissibles plus courtes, ainsi que des coûts d’alimentation plus élevés en raison d’une plus grande dissipation de puissance dans le câblage. Étant donné que les récentes normes PoE permettent des transmissions de puissance plus élevées, les problèmes de température deviendront probablement encore plus prévalents.
La température des câbles ne doit pas dépasser la température nominale des câbles, et les câbles commerciaux ont généralement une température nominale maximale de 60 °C. La Telecommunications Industry Association (TIA) recommande une hausse de température maximale de 15 degrés par rapport à la température ambiante en raison de l’alimentation sur le câblage.
La TIA suggère plusieurs façons de réduire la température du câblage :
1. Réduisez le nombre de câbles par faisceau
La séparation de gros faisceaux de câbles en faisceaux plus petits ou le fait d’éviter les faisceaux serrés minimiseront les températures plus élevées. Par exemple, la TIA a testé la température d’un faisceau de 91 câbles, puis a séparé ce faisceau en trois faisceaux de 37. La température au centre d’un faisceau de câbles de 91 po était plus élevée que la température du pire cas au point central de trois faisceaux. En séparant physiquement les trois faisceaux les uns des autres, la température maximale a encore été réduite.
2. Utiliser des câbles
de catégorie supérieure Les câbles de catégorie supérieure sont généralement de plus grande taille et, à mesure que les courants d’alimentation augmentent, ces conducteurs plus gros fonctionneront mieux que les câbles plus petits. La figure 1 montre les essais TIA qui comparent l’augmentation de la température à l’augmentation de la taille du faisceau de câbles pour différentes catégories nominales et leurs calibres de fils. Tous les câbles ont été testés en utilisant un courant de 1 000 mA par paire. Le test montre que les câbles de catégorie supérieure permettent des faisceaux de plus grande taille avec une augmentation de température maximale de 15 degrés. La taille de faisceau admissible était de 52 câbles pour cat. 5e, 64 pour cat. 6, 74 pour cat. 6A et une augmentation similaire pour cat. 8.
La figure 2 compare l’augmentation de température dans 100 faisceaux de câbles de catégorie 5e, 6 et 6A, à mesure que le courant par paire augmente (sur les quatre paires). Encore une fois, le câblage de catégorie supérieure est capable de prendre en charge une capacité de courant plus élevée à un maximum de 15 degrés permis, car le faisceau de catégorie 6A prend en charge 865 mA par paire. Il devient évident que le câblage de catégorie supérieure sera nécessaire pour minimiser les hausses de température tout en prenant en charge les MP qui nécessitent plus d’alimentation. Pour cette raison, Leviton recommande d’utiliser la catégorie 6A pour les nouvelles applications PoE à quatre paires.
3. Les ingénieurs de Leviton en charge de l’installation de câblage
blindé ont récemment mis à l’essai l’impact de la chaleur sur le rendement du câblage de catégorie 6A de Leviton. Ils ont comparé trois types de câbles : les paires torsadées non blindées (PTNB), les paires torsadées non blindées métallisées (PTNB) et les câbles utilisant la technologie brevetée Helix antibruit (NCHT) de Leviton. Le câble NCHT comprend une « gaine d’isolation » métallique qui entoure le noyau à quatre paires et comporte des séparations dans la gaine pour empêcher un courant de circuler le long du câble. Cette gaine d’isolation offre une suppression supplémentaire de la diaphonie étrangère, mais élimine le besoin de mise à la terre et de métallisation généralement requis avec le câblage blindé.
Les échantillons de câble ont été testés avec un courant PoE+ de 600 mA par paire sur les quatre paires à une température ambiante de 60 °C. Chaque type de câble a été enroulé dans une longueur distincte de 90 mètres et terminé par des prises aux deux extrémités. Ils ont ensuite appliqué le courant tout en contrôlant l’augmentation de température du faisceau.
Si le résultat du test réussissait les exigences d’affaiblissement d’insertion des normes TIA-568-C.2 et ISO/CEI 11801 classe EA, ils termineraient le test pour ce type de câble. Si le résultat a échoué, ils ont retiré 1 mètre de câble de la bobine, reterminé et réappliqué le courant, puis pris une autre mesure. Ils ont continué ce processus jusqu’à l’obtention d’un résultat satisfaisant.
La réduction de la longueur d'affaiblissement d'insertion variait considérablement entre les câbles testés, tel qu'indiqué à la figure 3. Le câble PTNB a affiché la pire performance, car il nécessitait un retrait de plus de 9 mètres de longueur avant de donner un résultat de perte d’insertion réussi. Les câbles F/UTP et NCHT ont obtenu de bien meilleurs résultats, les câbles NCHT ne nécessitant qu'un mètre de longueur et le câble F/UTP continuant de passer à 90 mètres.
La grande différence de rendement entre les câbles PTNB et les autres câbles à des températures élevées est probablement due au fait que les câbles PTNB n’ont pas de blindage ou de barrière d’emballage d’isolation entre les conducteurs isolés et le matériau de gaine externe du câble. À son tour, il pourrait y avoir une interaction qui change la constante diélectrique autour du conducteur et contribue à une atténuation plus importante à une température plus élevée.
Il est important de noter que, bien que l’affaiblissement d’insertion varie entre les types de câbles F/UTP et NCHT, il existe des avantages et des inconvénients pour chaque type de câble. Bien que le F/PTNB soit le meilleur, le NCHT offre l’avantage d’une absence de mise à la terre ou de mise à la masse, et il est plus facile de le terminer. Ces considérations devraient être prises en compte en fonction de votre application de réseau spécifique.
Fiabilité de la connexion
Un autre facteur à prendre en compte avec la PoE à courant plus élevé est le risque d’endommagement au fil du temps des connecteurs RJ-45 du réseau. Plus précisément, lorsqu'un cordon de connexion est débranché alors que la connexion est chargée, un arc électrique se produit entre le connecteur et la fiche. Bien qu'il n'y ait aucun dommage immédiat (et que l'arc ne soit pas dangereux pour les utilisateurs), l'intégrité de la connexion peut être affaiblie par de nombreuses déconnexions.
Pour ajouter une protection et une longévité supplémentaires à la durée de vie de la connexion, Leviton recommande d’utiliser des connecteurs avec des dents plaquées or de 50 μm (comme spécifié par les normes TIA), ainsi que des conceptions qui distancent le point de connexion entre les dents et la fiche du connecteur des dommages causés par la formation d’arc. Ils doivent également répondre aux exigences de résistance de contact de la norme IEC 60512-99-001 couvrant les connecteurs pour l’équipement électronique.
Leviton a testé l’emplacement et la gravité des piqûres sur le jeu de dents de connecteur Leviton résultant de l’arc électrique entre les contacts lorsque la fiche et le connecteur sont déconnectés dans une application PoE+ sous tension. Le test a révélé que des piqûres se sont développées sur les dents du connecteur et les contacts de la fiche après 25 cycles d’insertion, avec des dommages accrus après 25 cycles supplémentaires avec un flux de courant inversé.
Cependant, l'emplacement des piqûres dans les connecteurs Leviton est suffisamment éloigné du point de contact entre les dents et le contact de la fiche lorsque les connecteurs sont accouplés, tel qu'illustré à la figure 4. Cela signifie que les piqûres n’affectent pas le rendement électrique des connecteurs dans un canal, offrant une longévité supplémentaire.
À propos des systèmes de câblage en cuivre Leviton
Une connectivité de haute qualité est essentielle pour atteindre le rendement, la fiabilité et la flexibilité nécessaires aux opérations réseau actuelles. Leviton se consacre à fournir les systèmes de câblage les plus performants pour prendre en charge l’infrastructure dans les réseaux essentiels à la mission, les petites et grandes entreprises et les unités résidentielles.
Les connecteurs de système en cuivre, les cordons de connexion et les tableaux de connexion de Leviton sont classés pour les composants et testés et vérifiés par des tiers pour dépasser les performances des normes industrielles. De plus, les installations de systèmes admissibles sont couvertes par une garantie à vie limitée. Vous pouvez toujours vous attendre à recevoir un retour sur investissement maximal de l’infrastructure (ROii™) lorsque vous choisissez la connectivité Leviton.
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