POE Kablo Kayıpları-Mitler ve Gerçekler

Olivier Trichet

Yazı Dizisi-2

Tercüme: Kutlugün Sürmeli

Gerçek Kayıplar   

Gerçek kayıplar, kablo üzerinden akan akım miktarı ve etkin kanal direnci R Chan tarafından belirlenir. Direnç, iletken kalınlığı ve kablo uzunluğu tarafından belirlenir. Çoğu PD "sabit güç" cihazlarıdır, buda PD'nin arayüzünde belli bir miktarda güç çekecekleri anlamına gelir. Giriş voltajına bağlı olarak, PD güç ihtiyacını karşılamak için az ya da çok akım çekecektir.

Şekil 3'te, PSE voltajı, kablo uzunluğu ve kablo iletken kalınlığı kombinasyonunun etkisini gösteren bir dizi konfigürasyon gösterilmektedir.

Bu durumlar, gerçek kayıpların standart tarafından desteklenen teorik en kötü durum kayıplarıyla hızlı bir şekilde karşılaştırılmasını sağlar (Kırmızı Çizgi). Durumlar çok çeşitli pratik uygulamaları kapsayacak şekilde seçilmiştir. Kurulumlardaki ortalama kablo uzunluğu 40 ila 50 metredir ve yeni kurulumlar için Kategori 6 ve Kategori 6A kablo tipi baskındır, bu kablolar genellikle 24 AWG olan Kategori 5e'ye kıyasla 23 AWG ile yapılandırılmıştır. Şekil 3'teki 4. durum, tipik performans için iyi bir örnektir.

Standartlara göre % 15 gibi yüksek bir kayıpla, bir Sınıf 4 PD (25.5W) örneğini ele alalım, ancak tipik durum 4’te, kayıp% 2'nin altında olup yüzde 13'lük bir puan farkı oluşturmaktadır. Sınıf 6 PD'lerde (51W) % 15 gibi yüksek kayıplar olabilir, ancak 4. Durum’da % 2.5 kayıplara neden olur.

Kırmızı çizgi, 44 V, 50 V ve 52 V’luk en düşük PSE voltajında P802.3bt başına en kötü durum kanalını göstermektedir (RChan = 20 Ω 13 W’a kadar, RChan = 12.5 Ω). 25,5 W'tan düşük bir PD gücü için PSE 2 çifli modda çalışmaktadır. 25.5 W'ın üstündyse, PSE, 4-çiftle çalışır ve buda o “watt” değerinde kablo kaybında düşüşe neden olur (RChan = 6.25 Ω). 13 W'ın altındaki PSE, 44 V kadar düşük bir voltaja sahip olabilir, 13W üzerindeyse bu değer en az 50 V’dur. 51 W ve üzerinde ise bu değer en az 52 V’dur

Durum 2: V_PSE = 50 V (>51 W için 52 V), 4 çift modda 100 metre 24 AWG kablo ile

Durum 3: V_PSE = 52 V, 4 çift modda 100 m 23 AWG kablo ile

Durum 4: VPSE = 55 V, 4 çift modda 50 m 23 AWG kablo ile

Durum 5: VPSE = 55 V, 4 çift modda 25 m 24 AWG kablo ile

Durum 6: VPSE = 55 V, 4 çift modda 25 m 22 AWG kablo ile

Şekil 3: Çeşitli senaryolarda PD'de tüketilen güç karşısında göreli kablo kayıpları. Gerçek kayıplar, en kötü durum sistemine göre daha düşük çıkmaktadır.

Gerçek Sistem Kayıpları

Tek bir PSE ve PD için kablo kayıplarını göz önüne alalım. Bu bölümde daha büyük kurulumları ele alacağız. 2400 m²'lik bir ofis binasında bir simülasyon yapıldı ve PD'ler buna göre dağıtıldı. PD'ler 1.8 m x 1.8 m alanlara yerleştirilmiş PoE LED armatürleridir ve bina şematik olarak Şekil 4’te gösterilmektedir.

Gerçekleştirilen simülasyonların mümkün olduğunca gerçekçi olması hedeflenmiştir. Doğru kablo uzunluklarını elde etmek için binanın gerçek kat planı kullanılmış ve ayrıca, konektörlerdeki temas direnci ve gerçek cihazlarda karşılaşılan çeşitli dirençler de hesaba katılmıştır. Yükler için, ölçümlere dayalı güç tüketim modelleri kullanılmıştır.

Her armatür 45 W gerektirir ve 24 AWG'lik bir ağ kablosuyla bağlanmıştır. PSE voltajı 52 V'dur ve güç 4 per üzerinden iletilir. Bu koşullar tipik, hatta düşük seviye için seçilmiştir. Simülasyon, her armatür (yükü) ve kabloyu bağımsız olarak hesaplar ve sonuçların tamamını sistem için toplamaktadır.

Binadaki bir katta yaklaşık 30 kW’lık toplam güç talebiyle, 650 armatür bulunmaktadır. Simülasyon, aşağıdaki sonuçları göstermektedir:

Ortalama kablo uzunluğu	38.7	m
En uzun kablo uzunluğu	71	m
Toplam Kablo uzunluğu	25183	m
PSE tarafından sağlanan toplam güç	29388	W
Kablolar ve konnektörlerde tüketilen toplam güç	788	W
Bağıl kablo kaybı (sistem içerisinde)	2.68	%

Kablo kayıpları (iletilen edilen PSE gücüne göre) % 2,68 iken, bu sistemdeki en uzun kablonun % 9 kaybı olmaktadır. Buda bize şunu anlatmaktadır, bir sistemdeki en kötü durum kablosu ile gerçek sistem performansı arasında büyük farklılıklar olduğunu gösterir.



Şekil 4: Bir katın simülasyon yapıldığı büyük bina örneği (2400 m²). 45 W'lık güç talebiyle 650 armatür her 1,8 m'de bulunmaktadır. Veri kabloları, simülasyonda iki koridordaki kablo kanalları vasıtasıyla yönlendirilir.

Bu sistemdeki iletkenin kesitinin azaltılmasının etkisi belirgindir. 23 AWG ve 22 AWG kesitli kablolar ile tekrar çalışılan simülasyon aşağıdadır.

Kablo İletkeni	Kablolardaki Güç (W)	En Kötü Kablo (%)	Kablo Kaybı (%)
24 AWG	788	8.99	2.68
23 AWG	617	6.99	2.11
22 AWG	483	5.44	1.66

Yüksek kablo uzunluklarına sahip ve PoE'nin kapsamlı bir şekilde kullanılacağı kurulumlar için, kayıpları azaltmak adına daha düşük iletken kesitine sahip kabloların kullanılması mantıklı olur.

(örnek: Kategori 6 kablo veya Kategori 6A kablo).

Sonuç

Bu yazı, Power over Ethernet kablo güç kayıplarını kapsar. Hem varolan IEEE 802.3-2015 hem de yaklaşmakta olan IEEE P802.3bt standardı bu dökümanda kapsanmıştır.

Power over Ethernet, kaçınılmaz olarak yüksek kablo kayıplarıyla birlikte gelen bir sistem olarak algılanır. Bu yanlış algılamaya göre, veri kablolarının önemsiz miktarda bakır ve buna karşılık gelen yüksek bir DC direnci olduğu varsayılarak meydana gelmiş ve kabloda yüksek güç kayıpları olmaktadır. Bu problem, IEEE 802.3-2015 tarafından desteklenen köşe durum işlem noktalarının ortak bir yanlış yorumlanması ile güçlendirilmiştir. Standart, yüksek dirençli kabloda bile çalışmayı garanti ederken, bunun tipik performansı yansıttığı varsayılmaktadır.

Veri kablolarındaki bakır miktarı gerçekten önemlidir. 4 per üzerinden PoE sağlandığı zaman, kablo içerisindeki tüm bakır gücün iletimi için kullanılmaktadır. Ancak daha önemlisi PoE’nin yıldız topolojisi nedeniyle network kablosu yalnızca bir yük için akım taşımaktadır. Kablodaki güç dağılımı, akımın karesi ile belirlenir ve bu da en uygun parametre olmaktadır.

Standart tarafından desteklenen birlikte çalışabilirlik sınır koşullarında, % 15 göreceli kablo kayıpları norm gibi gözükmektedir. 90W seviyesinde çalışmada kabloda potansiyel olarak %20 kayıp görmektedir. Bununla birlikte, bu rakamlar yalnızca birlikte çalışabilirlik ve işlemin hala standart tarafından garanti edildiği aşırı koşullar olarak geçerlidir. IEEE 802.3-2015'in oluşturduğu kablo standartları, herhangi bir kablo türü için maksimum DC direnci 12.5 Ω döngü direnci olarak belirtmektedir. Gerçek kablo direnci bu değerin önemli ölçüde altındadır ve gerçek kayıpları mümkün olan en kötü durumdan daha düşüktür.

Kablodaki gerçek kayıpları etkileyen unsurlar ise şöyledir: kablonun DC direnci, kablonun uzunluğu, PSE voltajı ve PD'nin gerekli gücüdür. PD'lerin çoğunluğu sürekli bir güç çekmektedir. PSE voltajı daha yüksekse, gereken akım daha düşüktür ve bu da kablo güç kayıplarını etkiler.

Pek çok PSE ve PD'den oluşan bütün PoE sistemlerinin ve aralarındaki kabloların performansı toplam kablo kayıplarına göre belirlenir.  Toplam kablo kayıpları, kaynaktan iletilen toplam enerjiye oranla her bir kabloda dağılan gücün toplamıdır. Birçok farklı kablo uzunluğunun bulunduğu sistemlerde, sistemin performansı, böyle bir sistemde en uzun kablo performansından çok daha iyidir.

Kısa kabloların olduğu bir PoE LED aydınlatma sisteminde toplam kablo kaybı % 0.5 olarak hesaplanır. Tek bir yere bağlanan 650 yüksek güçlü PD'li çok büyük ölçekli bir PoE LED aydınlatma sisteminde, yaklaşık olarak % 2'lik toplam kablo kayıpları hesaplanmaktadır ve bu sistemdeki en kötü durumdaki kablo’nun % 7 oranında kablo kaybı vardır.

Bu hesaplamalardan çıkan sonuç, Power over Ethernet sistemlerinde, veri kablolarındaki güç kayıplarının beklenenden daha düşük olmasıdır, ve bir sistemdeki kablo kayıpları söz konusu sistemdeki en kötü kablo kayıplarından çok daha düşüktür. IEEE 802.3-2015 standardının izin verdiği maksimum kayıp değerleri gerçek sistem performansını yansıtmaz; ki bunlar çok daha iyi sonuçlar verir.