EuroWire May 2015

Articolo tecnico

Alimentazione di CC misurata e simulata di cavi di trasmissione dati per sistemi PoE A cura di Stephen W Simms, Brand-Rex Ltd

Riassunto La domanda crescente di livelli di potenza più alti nei sistemi PoE ( Power over Ethernet ) è resa evidente dalla varietà di prodotti non standardizzati attualmente disponibili sul mercato che forniscono livelli di potenza superiori rispetto a quelli indicati nella norma IEEE 802.3at. Se da un lato livelli di potenza più elevati consentiranno di utilizzare i sistemi PoE in un campo di applicazioni più vasto, dall’altro aumenteranno anche il rischio di rendimento. Considerato l’aumento della domanda di maggiore potenza e il fatto che le installazioni che utilizzano la tecnologia PoE differiscono notevolmente in termini di configurazione e ambiente, è preferibile attenuare il rischio utilizzando la simulazione numerica. Questo studio presenta la simulazione numerica e la verifica sperimentale delle proprietà termiche dei cavi di trasmissione dati con alimentazione di CC utilizzati in applicazioni PoE. Introduzione La fornitura di CC a dispositivi remoti lungo il medesimo circuito elettrico per la trasmissione di segnali di CA è statA utilizzata con successo per molti anni, ad esempio per i telefoni e per le apparecchiature audio. La tecnica impiegata per consentire questa funzionalità è comunemente nota come “alimentazione phantom”. Per quanto riguarda Ethernet, questa tecnica permette di trasmettere energia elettrica dall’apparecchiatura di alimentazione PSE ( Power Sourcing Equipment ) al dispositivo alimentato PD ( Powered Device ) sulla stessa

coppia di conduttori che viene utilizzata per i dati. L’alimentazione di CC si applica alla presa centrale del trasformatore di accoppiamento dei segnali e non interferisce con la trasmissione dei dati. Ciò consente di impiegare la tecnologia PoE in sistemi 1000BASE-T, che utilizzano le quattro coppie per la trasmissione di dati. La normativa IEEE 802.3at, approvata nel 2009, stabiliva i parametri di sistema richiesti per installazioni del Tipo 1 (PoE) e Tipo 2 (PoE+) [1] . La norma stabilisce i valori massimi nominali di CC a 0,35A e 0,60A per coppia, rispettivamente per il Tipo 1 e il Tipo 2. Alcune delle applicazioni più comuni che utilizzano la tecnologia PoE comprendono punti di accesso LAN senza filo, telefoni VoIP e telecamere di rete. Applicando corrente elettrica ad un con- duttore, questo produce energia termica, effetto conosciuto come riscaldamento Joule. Per quanto riguarda i cavi e i componenti Ethernet, questo effetto di riscaldamento è fonte di preoccupazione dato l’aumento dell’attenuazione che ha un effetto limitante sulla lunghezza del collegamento. Questa preoccupazione è maggiore nel caso di cavi con resistenza maggiore rispetto ai cavi tradizionali, come ad esempio i cavi con conduttori in alluminio rivestiti di rame (CCA) [2] e quelli di rame pieno di diametro inferiore (26 AWG). Nel 2009, il sottocomitato 46C dell’IEC ha proposto un metodo di prova (46C/906/ NP) chiamato “Proposta per la misurazione del riscaldamento di cavi di trasmissione dati mediante corrente” [3] . L’obiettivo del presente articolo è di ottenere una forte correlazione fra la simulazione e il metodo di misurazione proposto riguardo l’alimentazione di CC di cavi Ethernet per applicazioni PoE.

Coppie energizzate

Rivestimento LSZH

Aira

Sonda

Cu

Poliolefina

NastroAI/PET

L’articolo ha inoltre lo scopo di effettuare una comparazione fra l’aumento di temperatura causato dall’alimentazione di CC del cavo CCA e i cavi che presentano conduttori di rame pieno. Modellazione numerica È stato realizzato un modello 2-D utilizzando COMSOL Multiphysics 4.4, un pacchetto di programmi che utilizza il metodo degli elementi finiti (FEM [4] . Il modello è stato messo a punto per riprodurre il metodo di misurazione proposto [3] e consentire la comparazione fra la teoria e la pratica. A tale scopo, è stata predisposta una configurazione di cinque cavi lineari che consentisse di effettuare una buona previsione del comportamento termico al centro del cavo senza la necessità di includere altri cavi in un modello che richiedeva una maggiore risorsa computazionale. ▲ ▲ Figura 1 : Configurazione della simulazione con COMSOL Multiphysics

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Maggio 2015