PoE-Messung

Datenkabel unter Strom

27. Juni 2018, 13:11 Uhr | Korbinian Meier, NetPeppers GmbH
Ethernetkabel
© Pixabay

Elektronische Geräte sind mit immer mehr Standardfunktionen ausgestattet: Der Fernseher ist flacher und smarter geworden. Die Türsprechanlage besitzt neuerdings eine Kamera und einen Bildschirm für Videoübertragungen. Doch was bedeutet das für die Verkabelung?

Bis vor ein paar Jahren wurden in Privatwohnungen kaum Datenkabel mit eingeplant oder installiert. Doch in Zeiten von gestiegenen Sicherheitsbedürfnissen und der Digitalisierung des Privatlebens wachsen auch die Ansprüche an eine Datenverkabelung in Privathaushalten. So sind beispielsweise intelligente Router heute aus keiner Wohnung mehr wegzudenken, und auch bei größeren Gebäuden – wie Büro- oder Geschäftsgebäuden – gehört eine Videoüberwachung mittlerweile ebenfalls zur Grundausstattung. Doch wie vernetzt man diese ganze Technik richtig und effizient? Zumal diese Möglichkeiten der Technik in vielen Bestandsgebäuden gar nicht vorgesehen waren beziehungsweise berücksichtigt wurden. Hier stellt man in letzter Zeit eine deutliche Tendenz hin zum Datenkabel als praktischen »Alleskönner« fest.

Die Hersteller von Datenkabeln reagieren auf den Bedarf an Nachinstallationen mit dünneren und flexibleren Kabelquerschnitten, damit diese auch noch in bereits bestückte Kabelkanäle hineinpassen. Die Hersteller von aktiver Netzwerktechnik versuchen hingegen mit ihrer Plug-and-play-Werbung, den Endkunden oder Netzwerkbetreiber von der Einfachheit ihrer Produkte zu überzeugen. Schlussendlich soll das Ziel sein, ein (Ethernet-)Kabel für die Stromversorgung, Datenübertragung und Steuerung zu verbauen. Diese Lösung ist vor allem für Endkunden verlockend, die auf eine einfache und schnelle Lösung hoffen.

 

Ethernet-Kabel wird zum Stromkabel

Neben der Datenübertragung dient die Netzwerkverkabelung dank Power-over-Ethernet (PoE) auch der Stromversorgung von Endgeräten wie WLAN-Access-Points, Kameras, IP-Telefonen, kleinen Servern, Niederspannungs-Beleuchtungen und vielem mehr. Der Hauptvorteil von PoE ist, dass man ein Stromversorgungskabel einsparen kann und so auch an schwer zugänglichen Stellen oder in Bereichen, in denen viele Kabel stören, Ethernet-angebundene Geräte installieren kann. Die benötigte Energie beziehen die Geräte in diesem Fall über das Datennetz.

Die damit verbundene höhere Stromstärke stellt die Datenverkabelung allerdings vor neue Herausforderungen. Wenn mehr Strom fließt, wird dadurch aufgrund des Kabel-Widerstands mehr Wärme erzeugt. Wärmere Kabel dämpfen jedoch die Datenübertragung stärker. Im schlimmsten Fall kann das dazu führen, dass nicht mehr genug Signal zum Empfänger gelangt und die Datenübertragung unmöglich wird. Bei der Planung einer neuen, PoE-tauglichen LAN-Verkabelung muss dieser Effekt berücksichtigt werden. Die maximale Übertragungslänge muss den Temperaturbedingungen angepasst und entsprechend verkürzt werden.

Die relevanten Normentwürfe ISO/IEC TR 29125 und Cenelec EN 50174-99-1 beschreiben, mit welchem Temperaturanstieg im Kabelbündel bei Anwendung von »4-Pair-Power-over-Ethernet«  (4PPoE) zu rechnen ist. Bei einem typischen UTP-Kabel steigt die PoE-bedingte Erwärmung um den Faktor 5, während ein geschirmtes Kabel konstruktionsabhängig einen Faktor von 2,5 bis 3 aufweist. In einem Bündel mit UTP-Kabeln entsteht eine zweimal größere Temperaturerhöhung als bei einem vergleichbaren Bündel mit SFTP-Kabeln.

Eine weitere Herausforderung ist der Spannungsabfall bei längeren Leitungen. Hierbei ist der Leiterquerschnitt zu beachten. Neuere, dünnere CAT6A-Kabel werden oft als AWG 26 geliefert und es besteht die Gefahr, dass bei längeren CAT6A-Kabeln die Spannungsversorgung für die PoE-Endgeräte nicht mehr ausreicht. CAT7-Kabel haben meist AWG 23/22, sind hier also unproblematisch.

 

Wie viel Strom darf es sein?

Power-over-Ethernet wird seit 2003 durch die IEEE 802.3af-2003 standardisiert. Seit 2009 gibt es zudem den Standard IEEE 802.3at-2009 – vor der Standardisierung auch als PoE+ oder PoE plus bekannt –, der die maximale Leistungsabgabe von 15,4 W auf 25,5 W erhöht (Tabelle).

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Standard

Klasse

Klassifikationsstrom

Max. Speiseleistung (PSE)

 

Max. Entnahmeleistung (PD)

Ethernet Typ

 

IEEE 802.3af

00 - 4 mA

15,4 W

0,44 - 12,95 W10/100 Base-T
IEEE 802.3af1

9 - 12 mA

4,0 W

0,44 - 3,84 W

10/100 Base-T

IEEE 802.3af

 

217 - 20 mA7,0 W3,84 - 6,49 W10/100 Base-T

IEEE 802.3af

 

326 - 30 mA15,4 W

 

6,49 - 12,95 W

 

10/100 Base-T

IEEE 802.3at

4

36 - 44 mA

25,5 W12,95 - 21,90 W10/100/1000 Base-T

 

Weil RJ45-Stecker und Twisted-Pair-Kabel nicht für Ströme im Ampere-Bereich ausgelegt sind, wird eine Spannung im Mittel von 48 V verwendet. Die maximale Leistungsaufnahme beträgt 15,4 W pro Switch-Port, was in etwa 12,95 W nutzbare Leistung für das Endgerät bedeutet (IEEE802.3af-2003). Dieser Verlust wird durch die Kabellänge und den ohmschen Widerstand des verwendeten Leiterquerschnitts hervorgerufen.

Zur momentanen Zeit wird an dem neuen Standard IEEE 802.3bt (auch 4PPoE oder Po-E++) gearbeitet. Hauptaugenmerk ist es hier, die übertragbare Versorgungsleistung zu steigern und 10GBase-T zu unterstützen. Der neue Standard wird zwei neue Leistungsstufen zur Verfügung stellen: 55 W (Level 3) über zwei Leitungspaare und 90 bis 100 W (Level 4) über alle vier Leitungspaare. Die Idee von PoE++ ist es, den ganzen Arbeitsplatz mit Strom zu versorgen. So könnte man mit 100 W z.B. komplette Rechner mit Bildschirm plus Telefon über ein LAN-Kabel versorgen und betreiben.


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  2. Wie wird gemessen?

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