WCA July 2015

美国线规 24 铜包铝非屏蔽双绞线和美国线规 26 超 6 类铝箔对对 屏蔽电缆样本对比表明，施以同样水平的直流电流，导体尺 寸更小的电缆有可能比尺寸更大的导体放射更小的热量。我 们也知道，屏蔽电缆中的导电箔充当着散热器，有助于减少 电缆散发的热能 [10] 。因此，不仅要考虑以太网供电系统配置 的导体直径，也有必要考虑电缆的构造。 很明显，人们需要供电端设备向受电端设备输送更强大的能 量，希望所有四对线供电都符合 IEEE 标准 [11] ，且目前市面上 已经可获得大量非标准产品，这些产品提供的功率超过 IEEE 802.3at 描述功率。更高的功率水平会提高性能风险，但也使 得以太网供电能够被用于更广泛的用途。 结论 为了复现测量结果，本文运用多物理场耦合分析软件创建了 一个二维模型。文章中遵循国际电工委员会 46C 专门小组提出 的测试方法对以太网供电电缆进行了评估，这种方法概述了 通过直流电流使数据电缆发热的测量。文章展现了单个电缆 的模拟和测量结果之间极好的相关性。这种相关性鼓励我们 对密集分布网络中的电缆运用软件进行散热预测。预计本文 也将为不同捆尺寸、周围环境和密封系统等的温度升高程度 提供很好的指导。本文同时证明，在直流供电条件下，铜包 铝线电缆的热性能要比施加相同电流值的实心铜导线电缆散 发更多的热量。 运用以太网供电技术进行安装在布局和环境方面有很大差 异。随着人们对更高功率的追求，很可能要求所有四对线均 供电，因此有必要对电缆和零部件性能进行深入研究，包括 不同外围温度环境下的成捆电缆和发热属性、以太网供电时 电缆延展性以及连接件承重时脱节等领域。 [2] M Gilmore, ‘The impact of copper clad aluminium (and steel) conductors within balanced pair cables (intended for use within implementations of generic cabling),’ FIA-IAN-002, 2011 [3] IEC Subcommittee 46C, ’Proposal for measuring of heating of data cables by current,’ 46C/906/NP, 2009 [4] COMSOL Multiphysics: www.comsol.com [5] G J Anders, Rating of Electric Power Cables in Unfavorable Thermal Environment, Wiley-Blackwell, pp 2-4 (2004) [6] National Instruments LabVIEW: www.ni.com/labview [7] Minitab: www.minitab.com [8] J Wilson and C Hernández-Hall, Physics Laboratory Experiments, Brooks/Cole, p 361 (2009) [9] F S Akinnuoye, H Sasse, V Kang, A Duffy, ‘Heating Effects on channel performance for Power over Ethernet (PoE) applications,’ Proceedings of the International Wire & Cable Symposium (IWCS), November, 2013 [10] H Congdon, B Davis, ‘Mythbusting takes on shielded cabling,’ Bicsi Presentation, 2009 [11] Four-pair PoE study group: www.ieee802.org/3/4PPOE [1] IEEE Standard 802.3at, 2009

电阻增加，(为满足欧姆定律的)必要电压超过工作台电源的 最高电压 60 伏。为了得到五个数据点，我们选择了 1.95 安的 电流值。 图 6 显示导体温度相对直流电流水平的变化，电流水平是测量 计算的。对于铜包铝线电缆样本，我们发现，导线温度升近 似等于：

我们知道，焦耳热效应引起的温度升高等于 I2R 损耗 [8] ，因 此，由于每个测量点上电流是固定的，每对被测电缆的电阻 会导致温度不同程度的上升。因此，正如预测的，直流电阻 最高的电缆温度上升最快，反之亦然。

讨论 我们都知道，电缆受热会加速衰减 [9] ，从而对电缆延展性产生 限制作用。对以太网供电来说，最高温度很可能在用于数据 传输的受电导体附近。因此，应当考虑到直流供电对同一对 线的延展性所产生的后果。 本文的结果展示了将电缆置于 20 摄氏度环境温度下，同一对 直流电受电线的温度升高情况。现实中，周围环境温度可能 因时因地变化，因此，在不可控的和/或更温暖的环境中安装 以太网供电系统应当格外谨慎。 还应当进一步考虑模拟数据和安装环境数据的相关性。一方 面，模拟可能基于一种最糟糕的情景案例，然而在现实中， 占空比可能要求仅能在一小部分时间供电。实践中要尽可能 地采用精良的安装，比如使捆尺寸最小化，计算最大电缆长 度的温度上升以及清除道路和空间中的隔热材料。 请注意，虽然单组电缆的模拟和测量结果之间看来有极好的 相关关系，但本文并不能复现成捆电缆的表现，这很重要。 然而，我们预期，理论和实践之间良好的相关性对外露成捆 布局和多种电缆密封系统，如托盘、线槽和管道仍然适用。

❍ 表 1 : 每种电缆类型的被测线对直流环路电阻

美国线规 直流环路抗阻 (Ω)

超 6 类网线 铜包铝线

26

23.3

24

28.4

5 类网线

24

18.2

该论文由 2014 年 11 月在美国罗德岛举行的第 63 届 IWCS 技术研讨 会提供

❍ 图 6 : 测量的导体温度变化

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超 6 类网线——美国线规 26 铜包铝线——美国线规 24 5 类网线——美国线规 24

Δ 导体温度 (摄氏度)

电流 (安)

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Wire & Cable ASIA – July/August 2015