59 / 64
57
www.read-wca.comWire & Cable ASIA – July/August 2015
摘要
很明显，人们对更高功率的以太网供电系统的需求日益增
长，目前市面上可以获得各种各样的非标准产品，这些产品
提供的功率超过了
IEEE802.3at
所描述的功率级别。
虽然更高的功率水平使以太网供电能够有更广泛的用途，但
是它们会同时提高性能风险。随着对更大功率需求的增多，
且面对采用以太网供电技术进行安装在配置及环境方面有很
大区别的事实，应用数值模拟降低风险大有裨益。 本文在这
里展现了直流供电前提下，以太网供电应用中数据电缆的热
力特性的数值模拟和实验验证。
引言
多年来，人们已经成功地运用与交流电信号通讯相同的电路
向终端设备供应直流电，如电话和音频设备。用于实现这项
功能的技术俗称为“幻路供电”。这门技术与以太网相关，
能够在数据使用的同一对线上从供电端设备(
PSE
)向受电端
设备(
PD
)输送电力。向信号耦合变压器的中央分接头施加直
流电源，不会干扰数据传输。这使得以太网供电能够被用于
1000BASE-T
系统，该系统中所有四对线均载有数据。
2009
年
IEEE 802.3at
标准阐明了第一类(以太网供电)和第二类
(以太网供电
+
)
[1]
要求的系统参数。该标准区分第一类和第二
类以太网供电，按照每对线上直流电的名义最高值为
0.35
安和
0.60
安进行分类。使用以太网供电技术的一些最常见应用包括
无线局域网接入点、互联网协议电话以及网络摄像机。
用于以太网供电的数据电缆
的直流电供电测量与模拟
作者：奔瑞公司史蒂芬·
W
·西蒙斯
向导体施加电流会释放热能，这种效应被称为焦耳加热。就
以太网电缆和零部件而言，由于衰减增加，对链路长度产生
限幅效应，这种热效应使人担忧。与标准电缆相比电阻越高
的电缆，如铜包铝线(
CCA
)
[2]
以及直径更小的(美国线规
26
)实
心铜线电缆，更令人担忧。
2009
年，国际电工委员会
46C
专门小组推出了一种名为“通
过电流测量数据电缆发热的建议”
[3]
的测试方法(
46C/906/
NP
)。本文旨在在模拟与建议测量方法之间获得一种强对应
关系，这种测量方法适用于以太网供电应用中以太网电缆采
用直流供电的情形。本文也致力于对比铜包铝线电缆与实心
铜线电缆由于直流供电导致的温度升高程度。
数值模拟
本文采用多物理场耦合分析软件
4.4
创建了一个二维模型，
这款软件包充分利用了有限元法
[4]
。创建该模型可以复现建
议的测量方法
[3]
，这种方法可以将理论与实践进行对比。为
了达到这个目的，我们采用了五条电缆线性布局，从而无须
加入其他电缆、采用要求更高计算资源的模型，便能较好地
预测中央电缆的热性能。本文采用恒定压强、密度时的热
容和热传导材料属性作为美国线规
26
超
6
类铝箔对对屏蔽电
缆的代表性组成部分。我们针对铜(
Cu
)导线、铝带/聚脂带
(
Al/PET
)、低烟无卤电缆(
LSZH
)护套以及聚烯烃绝缘(见图
1
)设定了这些属性。该模型中考虑了传导、对流及热辐射转
移机制
[5]
。
实验对模型中每条电缆的每对线施加模拟电能，用一台静态
解算器来确定热性能，得到了(
a
)其中一条受电导体中心某点
(见图
1
中探针位置)以及(
b
)一张二维横截面温度图(图
2
)。从
二维图形中所见与预期一致，此布局下的最高温度很明显出
现在受电导体附近。
空气 受电线对 低烟无卤电缆护套
探针
聚烯烃
铜
铝/聚脂带
❍
图
1
:
多物理场耦合分析中的模拟设置
温度(摄氏度)
❍
图
2
:
横截面温度图表