EuroWire May 2015

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Article technique
Mai 2015 99
Brand-Rex Ltd
Glenrothes
Fife
Royaume-Uni
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Il est notoire que l’augmentation de
température due à l’échauffement par
effet Joule est proportionnelle aux pertes
I2 R [8]; par conséquent, le courant étant fixe
pour chaque point de mesure, la résistance
de la paire du câble en question entraînera
une différence dans l’augmentation de
température entre un câble et l’autre. Il
s’ensuit que, comme prévu, le câble ayant
une résistance CC majeure présentera
l’augmentation de température majeure et
vice versa.
Discussion
Il est connu que l’échauffement des
câbles augmente l’atténuation[9], ce qui
a pour effet de limiter la longueur du
câble. En ce qui concerne la technologie
PoE, il est probable que la température
maximale sera localisée à proximité des
conducteurs excités qui pourraient être
utilisés pour la transmission des données.
Par conséquent, il faudrait prendre en
considération les conséquences de
l’alimentation en CC sur l’atténuation de la
même paire.
Les résultats illustrés dans le présent
article montrent une augmentation de
température d’une paire excitée avec
CC en utilisant un câble placé dans un
environnement contrôlé à 20°C. En réalité,
la température ambiante variera en
fonction du lieu d’installation, et il faudrait
donc faire attention lors de l’installation de
systèmes PoE dans des environnements
non contrôlés et/ou plus chauds.
Il faudrait également accorder une
attention particulière à la corrélation
entre les données simulées et celles
de l’environnement d’installation. D’un
côté, la simulation peut être basée sur le
scénario le plus pessimiste ; toutefois, en
réalité, le cycle de fonctionnement peut
exiger que l’alimentation ne soit fournie
que pendant une fraction de temps. Dans
la mesure du possible, il faudrait adopter
des pratiques d’installation appropriées
telles que réduire les dimensions du
faisceau, considérer l’augmentation de
température pour des longueurs de câble
maximales et éliminer les matériaux
thermoisolants dans les circuits et dans les
espaces libres.
Il importe de relever que bien que l’on ait
observé une excellente corrélation entre
les résultats simulés et ceux mesurés dans
le cas d’une configuration avec un seul
câble, cette étude n’avait pas le but de
reproduire le comportement des câbles en
faisceaux.
Toutefois, on prévoit qu’une corrélation
satisfaisante entre la théorie et la pratique
pourra être valable également pour les
configurations des câbles en faisceaux,
à l’air libre et dans différents systèmes
de confinement de câbles, comme par
exemple les chemins, les gaines, les
conduits, etc..
Une comparaison entre les échantillons
UTP 24AWG CCA et U/FTP 26AWG
Cat6A montre que les câbles avec des
conducteurs plus petits peuvent diffuser
moins de chaleur que ceux ayant des
conducteurs plus grands lorsqu’ils sont
alimentés avec des valeurs de courant
CC identiques. Il est également connu
que la feuille conductrice des câbles
blindés fait fonction de dissipateur de
chaleur, en contribuant ainsi à réduire la
quantité de chaleur irradiée par le câble[10].
Par conséquent, dans l’installation des
systèmes PoE, il est essentiel de considérer
la structure du câble et non seulement le
diamètre du conducteur.
La demande croissante d’une quantité
supérieure d’énergie électrique des
dispositifs d’alimentation PSE aux
dispositifs alimentés PD est évidente,
et on attend de la part de l’IEEE[11] la
normalisation de l’alimentation de
toutes les quatre paires et d’une série de
produit non standardisés actuellement
disponibles sur le marché fournissant
des niveaux de puissance supérieurs à
ceux indiqués par la norme IEEE 802.3at.
Des niveaux de puissance majeurs
entraîneront l’augmentation des risques
de performance, mais permettront
également d’utiliser les systèmes PoE dans
une gamme d’applications plus ample.
Conclusions
On a réalisé un modèle en deux
dimensions en utilisant le logiciel COMSOL
Multiphysics pour reproduire les résultats
mesurés. On a adopté une méthode
d’essai proposée par le Sous-comité 46C
de l’IEC pour tester les câbles pour les
systèmes d’alimentation par Ethernet
PoE (Power over Ethernet), qui illustrait
comment effectuer la mesure des
câbles de transmission de données pour
l’échauffement au moyen de courant CC.
Une corrélation excellente entre les
résultats simulés et ceux mesurés a
été démontrée dans le cas d’un câble
individuel.
Cette corrélation encourage l’emploi
du logiciel pour la prévision du
comportement thermique des câbles
installés dans les réseaux densément
peuplés. On s’attend également à ce
qu’une indication importante soit fournie
en ce qui concerne l’augmentation de
température en fonction de différentes
dimensions de faisceau, de températures
environnementales, des systèmes de
confinement, etc..
En outre, il a été démontré que le
rendement thermique d’un câble CCA
alimenté en courant CC, avec les mêmes
valeurs de courant CC, rayonne plus de
chaleur par rapport aux câbles utilisant
des conducteurs de cuivre plein.
Les installations basées sur la technologie
PoE diffèrent considérablement en termes
de configuration et environnement.
Étant donné la demande croissante de
majeure puissance, ce qui probablement
exigera une alimentation sur toutes les
quatre paires, il est nécessaire d’étudier
plus en détail les performances des câbles
et les composants arrangés en faisceaux,
le comportement thermique dans
des environnements ayant différentes
températures ambiantes, des longueurs
de câble dans des systèmes PoE et le
désaccouplement des conducteurs sous
charge. n
Références
bibliographiques
[1] IEEE Standard 802.3at, 2009
[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:
[5] G J Anders, Rating of Electric Power Cables
in Unfavorable Thermal Environment,
Wiley-Blackwell, pp 2-4 (2004)
[6] National Instruments LabVIEW:
labview
[7] Minitab:
[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: 802.
org/3/4PPOE
Cet article a été présenté au 63ème
Symposium Technique IWCS qui s’est tenu
à Providence, Rhode Island, États-Unis,
novembre 2014