EuroWire May 2015

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Articolo tecnico
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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.
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.
Aira
Coppie
energizzate
Rivestimento
LSZH
Sonda
Poliolefina
Cu
NastroAI/PET
▲ ▲ Figura 1: Configurazione della simulazione con
COMSOL Multiphysics