IP-Geräte wie VoIP-Telefone, drahtlose Zugangspunkte und Pan-Tilt-Zoom (PTZ)-Sicherheitskameras haben dem Leben der Menschen in verschiedenen Aspekten zahlreiche Vorteile gebracht. Normalerweise werden IP-Geräte über Standard-Wechselstrom oder über Ethernet-Kabel mit PoE-Technologie in Außenumgebungen mit Strom versorgt. Heute werden wir uns mit dem Thema der Stromversorgung von IP-Geräten im Freien befassen und verschiedene Stromversorgungslösungen für den Einsatz im Freien über große Entfernungen untersuchen.
Wählen Sie PoE über Wechselstrom, wenn Sie IP-Geräte mit Strom versorgen
Eine der größten Herausforderungen bei der Stromversorgung von IP-Geräten im Freien ist der Mangel an verfügbaren Wechselstromsteckdosen. Orte, an denen die Geräte installiert werden sollen, müssen nicht unbedingt an jedem Endpunkt über eine elektrische Infrastruktur verfügen. Darüber hinaus erhöht die Umgebungstemperatur von Außenanlagen auch die Überhitzungsgefahr bei Aggregaten. Wechselstrom erzeugt normalerweise höhere elektrische Ströme, was ihn anfälliger für Überhitzung und Funkenbildung macht, was potenzielle Brände und Stromstöße verursachen kann. Bei unverantwortlicher Verwendung oder Anwendung unter leicht brennbaren Umständen explodiert es, wenn das Ladegerät aufheizt.
Die Power-over-Ethernet-Technologie (PoE) stellt den Endgeräten über eine Twisted-Pair-Ethernet-Verkabelung in einer maximalen Entfernung von 100 m/328 ft sowohl Strom als auch Datenverbindung (10/100/1000 Mbit/s) zur Verfügung, wodurch zusätzliche elektrische Infrastruktur überflüssig wird und traditionelle Verkabelung mit großer Flexibilität bei der Installation. Außerdem überträgt PoE nur eine relativ niedrige Spannung von 60 V mit einem benutzerfreundlichen Plug-and-Play-Design, das die Installation einfacher und schneller mit verringerten elektrischen Gefahren und geringeren Kosten für die Einstellung professioneller Elektriker macht. Im Vergleich zur herkömmlichen Stromversorgung wie Wechselstrom benötigt PoE keine separate Stromleitung zum Betreiben der Endgeräte, was durch eine zuverlässigere und sicherere Stromverbindung zu einer erheblichen Reduzierung der Installationskosten beiträgt.
Wie liefert der PoE-Schalter Strom für IP-Geräte?
Ein komplettes PoE-System besteht aus zwei Teilen: Power Sourcing Equipment (PSE) und Powered Devices (PDs). PSE bezieht sich auf Geräte, die die angeschlossenen Geräte auf verschiedenen PoE-Standards mit Strom versorgen, um die Installation und Verwaltung in verschiedenen Szenarien zu erleichtern, von kommerziellen Anwendungen wie VoIP-Telefonen, IP-Kameras bis hin zu industriellen Anwendungen wie Zugangskontrollsystemen. Die gängigsten PSEs sind Netzwerk-Schalter (auch als Endspans bekannt) und PoE-Injektoren (Midspans), Zwischengeräte, die Strom von/zu Nicht-PoE-Geräten liefern. Unter anderem hat sich der PoE-Schalter zu einem effizienten Medium für die Strom- und Datenverbindung von IP-Geräten über ein einziges Ethernet-Kabel entwickelt. Auf der anderen Seite sind PDs Geräte, die von der PSE, dem Client des gesamten PoE-Systems, mit Strom versorgt werden. Darüber hinaus verfügen die meisten mit Strom versorgten Geräte über einen zusätzlichen Anschluss für externe Netzteile als Backup für den Fall, dass das PoE-Stromversorgungssystem ausfällt.
Arbeitsprozess von PoE-Schalter für Netzteile
Die folgenden Schritte sind der Arbeitsprozess von PoE-Schalter zur Stromversorgung von PDs.
Erkennung der PDs: Zu Beginn sendet der PoE-Schalter einen richtigen Spannungsimpuls an die Endgeräte, um zu erkennen, ob die elektrische Leistung zwischen PSE und PDs kompatibel ist, oder anders ausgedrückt, um zu überprüfen, ob die entfernten Geräte PoE- kompatibel oder nicht. Bei negativer Antwort versorgt der Switch die defekten Endgeräte nicht mit Strom (nur Datenübertragung erlaubt), um mögliche Schäden an Nicht-PoE-Geräten zu vermeiden. Erwähnenswert ist, dass dieser Verhandlungs- bzw. Kommunikationsprozess nur in aktiven PoE-Schalter verfügbar ist, die als IEEE 802.3af, IEEE 802.3at oder IEEE 802.3bt konform eingestuft sind, während passive PoE-Schalter, auch als Nicht-Standard-Schalter bekannt, halten sich an keinen IEEE-Standard und versorgen PDs unabhängig von der Kompatibilität mit einer bestimmten Spannung.
Einteilung der PDs: Um eine Überlastung der Endgeräte zu vermeiden, die die Lebensdauer der angeschlossenen Geräte verkürzt, können IEEE-konforme PDs je nach Leistungsbedarf grob in verschiedene Klassen eingeteilt werden, um zu verhindern, dass die Endgeräte mehr Strom aufnehmen als die brauchen sie tatsächlich. PoE-Klassen spielen eine zentrale Rolle bei der Gewährleistung einer effizienten Stromverteilung, indem sie den Strombedarf eines PD messen und es der PSE ermöglichen, überschüssigen Strom an stromhungrigere Endgeräte umzuverteilen, um eine optimale Verteilung des vorhandenen Stroms zu erreichen. Und es gibt etwas, das nicht vernachlässigt werden sollte, dass die gemessene Leistung an PSE immer etwas höher ist als bei PDs für den Spannungsverlust, der auf die Verlustleistung zurückzuführen ist (Leistungsverlust in Form von Wärme). Der Schalter klassifiziert die PDs automatisch in die Rangfolge 0-8 und versorgt die Geräte entsprechend mit Strom. Ein Endgerät der Klasse 3 erhält 6,49-12,95 Watt Leistung, während das PSE tatsächlich 15,4 Watt liefert, bei einer Verlustleistung von mindestens 2,45 Watt. Die folgende Tabelle zeigt die den verschiedenen Klassen zugeteilte Leistung.
Start to power-Power off: Nach dem Messen der Strommenge, die jedes Endgerät benötigt, beginnt der Schalter, eine niedrige Spannung an die PDs zu liefern (normalerweise weniger als 15 Mikrosekunden) und steigt dann allmählich auf die volle 48-V-DC-Leistung an. Nachdem die Spannung auf 48 V angehoben wurde, versorgt der PoE-Schalter die PDs unterbrechungsfrei mit Strom. Daher können auf diese Weise entweder die PSE oder die PDs den maximalen Leistungsschutz erhalten, um Über- oder Unterlastsituationen zu verhindern. Da der Schalter Hot-Swap-fähig ist und eine einfache Plug-and-Play-Installation ermöglicht, können Benutzer das Gerät austauschen oder vom Netz trennen, ohne das Gerät offline zu nehmen oder die Stromversorgung zu trennen. Wenn das mit Strom versorgte Gerät entfernt oder kurzgeschlossen wird (überlastet oder nicht mehr im Strombudget), unterbricht der PoE-Schalter die Stromversorgung (normalerweise innerhalb von 0,3 bis 0,4 Sekunden) und tritt erneut in das Erkennungsverfahren ein, um die fortlaufende Funktionalität sicherzustellen von Geräten.
4 Möglichkeiten, IP-Geräte im Freien mit PoE-Geräten mit Strom zu versorgen
Wie bereits erwähnt, ist die Verwendung von Wechselstrom zum Einrichten von IP-Außengeräten nicht nur nicht möglich (keine verfügbaren Wechselstromsteckdosen verfügbar), sondern auch gefährlich (Überhitzungsexplosion). All diese Gefahren können jedoch eliminiert werden, indem PoE verwendet wird, um die normale Funktion von PSEs und PDs sicherzustellen.
#1Stromversorgungsgeräte für den Innenbereich + ein massives Kupferkabel
Mit PoE kann man die Endgeräte in einer klimatisierten Umgebung (zB der Leitwarte) aus der Ferne mit stabilen und zuverlässigen Stromquellen versorgen, indem man die PSEs (PoE-Switch, Injektor usw.) einfach über ein einziges Kupfer mit den Endgeräten verbindet Kabel (Kat5/6). Denken Sie jedoch daran, reine Kupfer-Ethernet-Kabel anstelle von kupferummantelten Aluminium-(CCA)-Kabeln zu wählen, da CCA-Kabel eine beträchtlichere Wertminderung erleiden als massive Kupferkabel, was zu einer erheblichen Dämpfung und erneuten Übertragung führt. Schlimmer noch, CCA-Kabel haben einen hohen Gleichstromwiderstand, bei dem mehr Leistung während der Übertragung in Wärmeenergie umgewandelt wird. Im Gegensatz dazu erleiden massive Kupferkabel weniger Signal- und Leistungsverluste bei der Daten- und Stromübertragung über große Entfernungen und sind immun gegen widrige Wetterbedingungen oder korrosive Elemente.
#2PoE++-Schalter+Outdoor-PoE-Schalter als Passthrough-Schalter++Ethernet-Kabel
Normalerweise unterstützen die Standard-PoE-Schalter nur IEEE 802.3af/at mit einer maximalen Stromversorgung von 12,95/25,5W, daher wird ein PoE++-Schalter dringend empfohlen, um anspruchsvollere Endgeräte oder mehrere Geräte mit geringer Wattzahl wie statische Überwachungskameras mit Strom zu versorgen. Im Gegensatz zu PoE- und PoE+-Geräten liefert der PoE++-Schalter Strom in einem zwei-/vieradrig verdrillten Kupferkabel mit einer maximalen Stromversorgung von bis zu 51 W bei Typ 3 und 71 W bei Typ 4 an entfernte IP-Geräte. Es ist allgemein anerkannt, dass die maximale Entfernung des Ethernet-Kabels 100 m/328 ft beträgt, sodass ein zusätzlicher PoE-Schalter als Übertragungsstopp zur Verlängerung verwendet werden kann, da der Outdoor-PoE-Schalter Energie von einem anderen PoE-Schalter empfangen und die PDs mit Strom versorgen kann . Die Installation ist denkbar einfach: Verbinden Sie den Indoor-PoE++-Schalter mit einem 100m Ethernet-Kabel mit dem Outdoor-Passthrough-Schalter und verbinden Sie dann den Outdoor-Schalter mit einem weiteren Kabel mit den Endgeräten.
#3 Medien konverter+Glasfaser kabel+PoE-Schalter mit SFP-Steckplätzen+Ethernet-Kabel
Einer der kleineren Nachteile von PoE bei der Bereitstellung über große Entfernungen besteht darin, dass seine Geschwindigkeit mit zunehmender Entfernung allmählich abnimmt (verlangsamen auf 10 Mbit/s), während das Glasfasersystem einen weltbekannten Ruf für Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung genießt über große Entfernungen (bis zu 10 km-80 km) mit einer Geschwindigkeit von 1000 Mbps/s (wird kompromittiert, wenn nicht kompatible Router oder Geräte verwendet werden). Da Glasfaserkabel Daten durch Licht (Laser oder LED) übertragen, sind sie immun gegen elektromagnetische Störungen, was die Wahrscheinlichkeit einer Dämpfung (Signalverlust) verringert. Um IP-Geräte mit Glasfaserkabeln einzurichten, werden ein Medienkonverter und SFP-Transceiver benötigt, um die digitalen Signale in optische Signale umzuwandeln oder umgekehrt. Für eine einfache Installation wird dringend empfohlen, vorkonfektionierte Glasfaserkabel zu verwenden. Da Glasfaserkabel nur Daten übertragen, wird ein Netzteil benötigt, um den PoE-Schalter am Netzwerkrand mit Strom zu versorgen. Verbinden Sie zunächst den Medienkonverter (mit Strom verbunden) mit dem Outdoor-PoE-Schalter, indem Sie die Transceiver auf beiden Seiten in die SFP-Slots stecken und vorkonfektionierte Kabel zum Anschluss verwenden; Schalten Sie dann den Outdoor-PoE-Schalter ein und verbinden Sie ihn mit einem Ethernet-Kabel mit den PDs.
#4medienkonverter+Glasfaserkabel+PoE Outdoor Medienkonverter+Ethernet Kabel
Spannungsabfall (VD) ist ein häufiges Problem beim Verlegen von Kabeln über große Entfernungen, insbesondere auf größeren Grundstücken (z. B. Farmen). Es ist der Spannungsverlust am Ende eines Kabelverlaufs, der durch den Stromfluss durch einen Gleichstromwiderstand verursacht wird. Tatsächlich haben Kabel jeder Länge oder Größe einen gewissen Gleichstromwiderstand, der mit zunehmender Entfernung proportional zunimmt. Und technisch gesehen erhöht sich auch der Widerstand der Kupferkabel, wenn sich die Kupferkabel durch einen höheren Laufstrom oder einen plötzlichen Temperaturanstieg erwärmen, was zu einem höheren Spannungsabfall führt. Zu viel VD führt aufgrund der niedrigen Spannung zu einer schlechten Leistung von PoE-Geräten und kann manchmal zu Sicherheitsrisiken (Überhitzung und Lichtbogenbildung) führen. Um den Leistungsverlust in einem Stromkreis zu reduzieren, werden größere Kupferkabel benötigt, und es wird dringend empfohlen, den VD-Rechner zu verwenden, um die optimale Kabelgröße zu ermitteln, um unnötige Leistungsverluste zu reduzieren und gleichzeitig kostengünstig zu bleiben. Eine andere Lösung besteht darin, die Länge des Netzkabels zu verkürzen, indem die Stromquelle zurück zum Netzwerkrand verlegt wird. Der PoE-Medienkonverter ist für die digital-optische Signalwandlung ausgelegt und kann gleichzeitig die Endgeräte mit Strom versorgen (nachdem sie an die Stromquelle angeschlossen sind). Und ein Leistungsregler ist vorkonfiguriert, um eine stabile Leistungsabgabe unabhängig von Spannungsschwankungen zu gewährleisten. Verbinden Sie zunächst den Medienkonverter mit dem PoE-Outdoor-Medienkonverter mit vorkonfektionierten Glasfaserkabeln; dann den PoE-Medienkonverter mit Strom versorgen und mit dem Endgerät verbinden.
Fehlerbehebung bei der PoE-Stromversorgung
Wenn das PoE ohne Ursache ausgeschaltet wird, werden die folgenden Schritte zur Diagnose vorgeschlagen:
1.Überprüfen Sie, ob die mit Strom versorgten Geräte PoE unterstützen——Inkompatible oder Nicht-PoE-Geräte können keinen PoE-Strom von der PSE empfangen, und nicht übereinstimmende Verbindungen brennen die Geräte nieder.
2.Überprüfen Sie, ob die PDs die maximale Stromversorgung überschreiten——Wenn die PSE nur IEEE 802.3at mit einer maximalen Stromversorgung von 30 W pro Port (25,5 W an die PDs) unterstützt, ein PD, das mehr Strom als 25,5 benötigt W kann dann nicht genug Leistung zum Starten erhalten. Bei unverantwortlicher Verwendung kann das angeschlossene Gerät durch Unterlast und instabile Stromversorgung beschädigt werden.
3. Prüfen Sie, ob die Wattleistung aller angeschlossenen Geräte das Leistungsbudget überschreitet——Ein 16-Port-PoE-Schalter mit einem Leistungsbudget von 200 W kann gleichzeitig 12 Geräte mit PoE/IEEE 802.3af-Standard (12 × 15,4 W = 184,8 W < 200 W .) mit Strom versorgen ) kann aber nur 6 Geräte mit PoE+/IEEE 802.3at Standard (6×30W=180W<200W) gleichzeitig mit Strom versorgen.
