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Power-over-Ethernet: Heiße Kabel

Power-over-Ethernet – die zusätzliche Stromversorgung von Geräten über die Datenkabel macht in vielen Bereichen Sinn, allerdings kann die Fernspeisung des Stroms durch den damit verbundenen Temperaturanstieg im Kabelbündel zu deutlichen Verschlechterungen des Übertragungswegs führen bis hin zur Funkenbildung. Wichtige Tipps, wie sich eine Verschlechterung der Übertragungsleistung und Schäden an Steckverbindern durch Erwärmung und Funkenbildung vermeiden lassen.

Bildquelle: © fotolia

Innerhalb von nicht einmal zehn Jahren hat die Technologie der Fernspeisung das Look and Feel der IT-Welt vollkommen verändert. Dabei wird die symmetrische Twis-ted-Pair-IT-Kupferverkabelung genutzt, um IP-fähige Geräte mit Gleichstrom zu versorgen. Zu den möglichen Anwendungen gehören heute PoE+ (Typ 2) mit 30 W Leis-tung für WLAN-Access-Points entsprechend dem WLAN-Standard 802.11ac und Power over HDBaseT (POH) mit 100 W für digitales Full-HD-Video, Audio, 100Base-T sowie für Steuersignale beim Fernsehen und bei Display-Anwendungen. Künftig könnten PoE-Anwendungen vom Typ 3 mit 60 W und Typ 4 mit 100 W dazukommen, die gegenwärtig von der Arbeitsgruppe IEEE 802.3bt DTE Power via MDI over 4-Pair in Erwägung gezogen werden.

  PoE- und andere Anwendungen mit Fernspeisung finden sich mittlerweile überall und werden gern eingesetzt. Die zusätzliche Stromversorgung kann jedoch einen Temperaturanstieg im Kabelbündel bewirken und Funkenbildung kann den Steckverbinder beschädigen – ein bis dato nicht immer hinreichend beachteter Aspekt unter IT-Profis. Durch eine Erwärmung im Kabelbündel kommt es vermehrt zu Bitfehlern, da sich die Einfügedämpfung proportional zur Temperatur erhöht und sich damit der Signal-Rausch-Abstand verringert. Zudem entsteht ein Abrissfunke, wenn Stecker und Buchse unter anliegender Stromlast getrennt werden, der zu irreversiblen Schäden am Steckverbinder führen kann.

Gemäß ISO/IEC-Standard liegt der Betriebstemperaturbereich für die strukturierte Verkabelung zwischen -20 °C und 60 °C. Bei bestimmten Anwendungen mit Fernspeisung kommt es in Kabelbündeln jedoch zu einem zusätzlichen Temperaturanstieg von bis zu 10 °C. Wird dieser für die strukturierte Verkabelung spezifizierte Betriebs-temperaturbereich überschritten, kann sich das Material des Kabelmantels verändern und die mechanische Integrität verlorengehen, was wiederum eine irreversible Verschlechterung der Übertragungsleistung zur Folge hat, die nicht von der Produktgarantie des Herstellers abgedeckt ist. Da es weder eine einfache Methode gibt, erwärmte Kabelführungen herunterzukühlen noch die Möglichkeit, diese Erwärmung zu überwachen, wird empfohlen, die mit einer übermäßigen Erwärmung einhergehenden Risiken zu minimieren. Dafür eignet sich eine geschirmte Verkabelungslösung der Kategorie 6A/Klasse EA und höher, die sich gegenüber anderen Medien durch eine bessere Wärmeableitung auszeichnet.

Es ist überaus wichtig, sich über das Ausmaß der Wärmebildung im Kabelbündel durch Fernspeisung im Klaren zu sein, da sich die Einfügedämpfung des Kabels proportional zur Temperatur erhöht und es so zu einer stärkeren Signalabschwächung kommt. Sämtliche in den Normen festgelegten Leistungsanforderungen basieren auf einer Betriebstemperatur von 20 °C.

Sowohl TIA als auch ISO definieren einen Faktor für die Leistungsreduzierung (Derating-Faktor) durch die Einfügedämpfung, um so die maximale Länge der Verkabelungsstrecke bei Temperaturen über 20 °C zu ermitteln. Allerdings ist die Temperaturabhängigkeit bei ungeschirmten und geschirmten Kabeln unterschiedlich groß. Der Derating-Koeffizient bei Temperaturen über 40 °C ist bei ungeschirmten Kabeln dreimal so hoch wie bei geschirmten Kabeln.

Für F/UTP-Horizontalkabel der Kategorie 6A/Klasse EA, die nur die Mindestanforderungen der Norm erfüllen, beträgt die Reichweitenreduzierung 7 Meter bei 60 ºC. Damit verringert sich die maximale Linklänge von 90 Meter auf 83 Meter, um die erhöhte Einfügedämpfung aufgrund des Temperaturanstiegs zu kompensieren. Im Vergleich dazu muss die maximale Linklänge bei ungeschirmten Kabeln bei 60 ºC sogar von 90 Meter auf 72 Meter verkürzt werden.

Geschirmte Kabel, die für den Betrieb bei Umgebungstemperaturen ausgelegt sind, die über die von den Normen spezifizierten 60 °C hinausgehen und zugleich eine geringere Reduzierung der Verkabelungsstrecke erfordern, bieten die meiste Flexibilität in der Verlegung, um eine größtmögliche Anzahl von Arbeitsbereichen und Geräten in konvergenten Gebäuden zu erreichen. Moderne geschirmte Kabel der Kategorie 6A und 7A beispielsweise sind in ihrer mechanischen Zuverlässigkeit bis 75 °C spezifiziert. Beispielsweise bei Siemon’s geschirmten Kategorie-6A-Kabeln ist daher bei 60 ºC nur noch eine Reduzierung um 3 m und bei 70 ºC um 4 m erforderlich. Die voll geschirmten Kategorie 7A Kabel erfordern keinerlei Reduzierung der Verkabelungsstrecke und unterstützen bei der Fernspeisung Stromstärken bis 600 mA auf allen vier Adernpaaren in Umgebungen bis 70 °C.