Implementación de Cableado para proveer alimentación remota

Antecedentes

La alimentación remota, tal como la Alimentación a través de Ethernet (PoE), es un método popular para el suministro de CC utilizando cableado de comunicaciones, con más de 100 millones de nodos instalados alrededor del mundo. La Alimentación a través de Ethernet ha evolucionado: suministrando inicialmente hasta 15 vatios en el equipo de suministro eléctrico (PSE, power source equipment), tal como se especifica en la normativa IEEE 802.3af-2003, aumentando hasta 30 vatios con la normativa
IEEE 802.3at-2009, y ahora se incrementa aún más con la normativa IEEE 802.3bt, para proveer hasta 90 vatios en el PSE. Es importante notar que todas las clasificaciones y niveles de alimentación de PoE cumplen con los requisitos del SELV (Voltaje Extra Bajo de Seguridad) de 60 voltios y de la LPS (Fuente de Alimentación Limitada) de 100 VA (vatios) definidos en la norma IEC 60950-1, lo que hace de PoE una aplicación confiable, rentable y de bajo riesgo para el suministro de energía sobre el mismo cableado de par trenzado balanceado que se utiliza para las comunicaciones de datos.

Las organizaciones a cargo del desarrollo de las normas sobre infraestructura de cableado, tales como TIA, ISO/IEC, CENELEC y NEC, han publicado y/o están desarrollando especificaciones con pautas sobre diseño, instalación y la operación para facilitar una implementación confiable y robusta de redes de alimentación remota, incluyendo la tecnología PoE. Los documentos enumerados más adelante son la base de las diferentes pautas incluidas en estas consideraciones de implementación.
Las pautas en los documentos de la derecha incluyen la capacidad de transmisión de corriente máxima de los cables de una determinada categoría, típicamente utilizados en edificios comerciales corporativos bajo diferentes condiciones de instalación y de temperatura ambiente. Esto permite que el cableado sea diseñado, instalado y que funcione con el objeto de optimizar el desempeño térmico y eléctrico en diversas configuraciones. Las pautas respaldan el suministro de energía utilizando los cuatros pares en su totalidad, con un máximo de 1000 mA por par (500 mA por conductor), para una potencia máxima de 100 VA (100 vatios) en la fuente de alimentación sobre cableado de cuatro pares, suponiendo una fuente de alimentación nominal de 50 V en el PSE.
Asimismo, para mejorar la coherencia y uniformidad en las prácticas de instalación, la normativa propuesta IEC 60364-7-716 (nueva sección del estándar para instalaciones eléctricas de IEC que se utiliza como documento de referencia en varios códigos eléctricos internacionales) establece que, si se utiliza el cableado de comunicaciones para el suministro eléctrico, se deberá planificar e instalar de acuerdo con las normativas ISO/IEC 14763-2 o la serie CENELEC EN 50174.

  • Consideraciones sobre implementación
  • A TIA TSB 184-A: Pautas para proveer suministro eléctrico sobre cableado de par trenzado balanceado
  • B ISO/IEC TS 29125: Tecnologías de la información/ Requisitos del cableado de telecomunicaciones para alimentación remota de equipos terminales
  • C CENELEC CLC/TR 50174-99-1: Tecnologías de la información — Instalación de cableado — Parte 99-1: Alimentación remota
  • D Código 70 NFPA NEC
  • E TIA 569.D-2: Consideraciones adicionales sobre ductos y espacios en respaldo de la alimentación remota sobre cableado de par trenzado balanceado
  • F ISO/IEC 14763-2: se encuentra en desarrollo una revisión que incluye la planificación e instalación de la alimentación remota.
Las ventajas de la alimentación remota usando cableado de comunicaciones

La alimentación remota, tal como la tecnología PoE (Potencia sobre Ethernet), facilita el uso del cableado de comunicaciones para el suministro de energía eléctrica en forma remota sin comprometer la funcionalidad de las comunicaciones de datos, y en consecuencia aumenta la utilidad del cableado de comunicaciones. Este uso dual hace que el suministro de energía eléctrica sea rentable, mientras que también habilita el suministro de energía eléctrica a un intervalo más amplio de dispositivos. Estas pautas tienen por objeto respaldar todo tipo de potencias y clasificaciones que están siendo desarrolladas por las normativas IEEE 802.3bt, IEEE 802.3at e IEEE 802.3af para una variedad de casos de uso, que van desde puntos de acceso inalámbrico (WAP) hasta cámaras, dispositivos de iluminación e IBS (sistemas para edificios inteligentes). Entre otras de las ventajas de la alimentación remota de CC sobre cableado de comunicaciones se incluyen:
∙ Tamaño más pequeño de cables y conectores en comparación con la línea eléctrica de CA, lo que permite una mayor densidad
∙ Comunicaciones mejoradas entre el PSE y el dispositivo alimentado (PD) para lograr un suministro eléctrico confiable y calibrado
∙ Monitoreo continuo del circuito para advertir fallas y otros problemas de funcionamiento
∙ Más bajos costos de instalación, ya que los contratistas de cableado de bajo voltaje pueden instalar ese cableado al ser a la vez parte del cableado de comunicaciones
∙ Mejoramiento del control y funcionamiento de los dispositivos para una óptima gestión de las instalaciones
∙ Sinergia generada por el suministro de energía en forma simultánea con las comunicaciones, lo que habilita una infraestructura diversa e inteligente (por ej., iluminación LED inteligente)
∙ Respaldo mediante UPS (Sistema de Alimentación Ininterrumpida), lo que permite un funcionamiento robusto y confiable

Consideraciones de implementación de CommScope para alimentación remota

¿CUALES SON LOS DIFERENTES FACTORES A CONSIDERAR CUANDO SE IMPLEMENTA LA ALIMENTACIÓN REMOTA?

Entre los factores que afectan e influyen sobre el funcionamiento eficiente de la alimentación remota se incluyen:

  1. Tipo de cables, cordones y conectores seleccionados
  2. Tipo de infraestructura de canalizaciones utilizada para transportar los cables
  3. Configuraciones de los mazos de cables
  4. Longitudes de enrutamiento de los cables
EL ENFOQUE DE COMMSCOPE ACERCA DEL DISEÑO Y LA INSTALACIÓN

La recomendación de CommScope para una instalación robusta y confiable para proveer alimentación remota, es utilizar un enfoque
holístico que cubra todos los aspectos, incluyendo:
∙ Tipos de cables y prácticas de instalación
∙ Tipos de canalizaciones y distancias de enrutamiento
∙ Administración precisa y funcionamiento óptimo

TOPOLOGÍA DE DISTRIBUCIÓN TÍPICA EN EDIFICIOS

La Figura 1 muestra una ilustración de la topología de cableado típica utilizada en edificios. Para la implementación eficiente de PoE, se debería limitar el tamaño de los mazos de cables y, además, los mazos no se deberían apilar o compactar demasiado apretados.
Como una simple regla general, recomendamos que los tamaños de los mazos de cables se limiten a un máximo de 24 cables por mazo*, lo que permitiría a los calibres 24 AWG y superiores operar dentro de la temperatura de clasificación del cable de 60°C cuando se instala en las condiciones menos favorables posibles.
Una temperatura ambiente en el peor escenario posible de 45°C se usa tanto para aire como para conductos, siendo el conducto la condición de instalación menos favorable.
NOTA: Los mazos de 24 cables se ajustan a las configuraciones típicas del panel de conexión y es una configuración práctica, en cuanto a consideraciones de instalación, que también brinda un margen extra.

ORGANIZACIÓN DE LOS CABLES EN SALAS DE EQUIPOS Y SALAS DE TELECOMUNICACIONES

Los mazos de cables se usan comúnmente en salas de telecomunicaciones, salas de equipos y en la sala de entrada de proveedores para administrar y enrutar los cables de manera estética. La Figura 2 ilustra una topología de cableado típica utilizada en las salas de equipos y salas de telecomunicaciones.

ORGANIZACIÓN DE LOS CABLES EN DISTRIBUCIÓN HORIZONTAL

El diseño de cableado horizontal debería configurar los cables para permitir la máxima ventilación mediante la selección de sistemas de ductos que distribuyan los cables sobre todo el ancho de la canalización. La Figura 3 muestra una ilustración de la instalación de cableado típica en una bandeja. La Figura 4 muestra un ejemplo de una instalación típica de múltiples mazos de cables en las bandejas del cielo raso.

TERMINACIÓN DEL PUNTO DE CONCENTRACIÓN DEL SERVICIO

La Figura 5 muestra una ilustración para el enrutamiento y terminación de los puntos de concentración del servicio (SCP) cerca del cieloraso. Una instalación de cableado a través de la rejilla de conectividad distribuida en el cielo raso, de acuerdo con la normativa ISO/IEC 11801-6 (en desarrollo), EN 50173-6 o TIA-862-B, permite adaptabilidad a los cambios futuros y flexibilidad a la hora de instalar diferentes aplicaciones alimentadas de forma remota que se conectan arriba del cielo raso.
La Figura 6 muestra un detalle en primer plano de la terminación de cables en un punto de concentración del servicio (SCP).

SISTEMAS DE CANALIZACIONES

Los sistemas de canalizaciones pueden afectar la disipación del calor e impactar el aumento de la temperatura en un mazo de cables. La Figura 7 muestra dos canalizaciones con idénticos mazos de cables y tamaños. Típicamente, la bandeja en forma de canasta de alambre tiene un aumento de temperatura menor que el de las bandejas de cables de fondo sólido a causa de una mayor circulación del aire.

Cómo apoya CommScope la administración de la alimentación remota

El software imVision® AIM System Manager de CommScope incluye características de soporte para la administración de alimentación remota. El software ha implementado los requisitos definidos en el Anexo C de la normativa TIA-568-C para crear identificadores de mazos de cables, registros de mazos y enlaces asociados. El software imVision System Manager puede enumerar todos los cables en un mazo, junto con la potencia máxima en el puerto del equipo de suministro eléctrico donde estos cables están conectados. Esto le permite al administrador de la red visualizar los cables en un mazo, junto con la potencia suministrada cada cable. Se emiten alertas cuando el número de cables en un mazo supera un determinado umbral (tal como 24 cables) o cuando los niveles de potencia superan los umbrales definidos. Esta capacidad provee un entendimiento adicional de la administración de los cables que proveen la alimentación remota.

Verificación de la adecuación de mayores tamaños de mazos de cables

Un tamaño del mazo de 24 cables es la recomendación, no un requisito; pero debería respetarse por regla general. A veces, se pueden requerir tamaños de mazos más grandes; un instalador/diseñador calificado puede hacer la evaluación necesaria para determinar si el tamaño de un mazo causará algún tipo de sobrecalentamiento. Las tablas en las correspondientes normativas de cableado TIA, ISO/IEC y CENELEC sobre implementación de alimentación remota brindan un mecanismo para verificar si resulta aceptable el tamaño de un mazo particular para una determinada categoría de cable. Para una determinada temperatura ambiente y ciertas condiciones de instalación, si la corriente por par es superior a la corriente máxima suministrada por el puerto PoE, el tamaño del mazo de cables es aceptable. A continuación, se muestra un ejemplo con los datos obtenidos de la Tabla 1

Verificación de la adecuación de mayores tamaños de mazos de cables

Para determinar la corriente máxima que no superará la temperatura de clasificación de un cable clasificado para operar a 60°C, un diseñador/ instalador puede buscar en la tabla la temperatura ambiente particular. Por ejemplo, para la Categoría 6A, si se instala un mazo de 61 cables en un ambiente de 45°C, la corriente máxima según la Tabla 1 es de 1.162 amperios en aire y 1.008 amperios en conducto, lo que supera la corriente máxima de 0,96 que el equipo suministrará e indicada por la normativa IEEE 802.3bt, así que un mazo de 61 cables Categoría 6A puede soportar fácilmente todas las aplicaciones PoE según la normativa IEEE 802.3 en un ambiente de 45°C. Asimismo, se debería señalar que estas capacidades de transmisión de corriente en IEEE 802.3bt constituyen el peor escenario en un cableado 24 AWG para una distancia de 100 metros, con una resistencia de bucle de 25 Ohmios. El cableado de CommScope funcionará mucho mejor, y sin lugar a duda los instaladores informados pueden aumentar el tamaño de los mazos cables para distancias más cortas y mayores calibres a 24 AWG (la Categoría 6A es calibre 23 AWG). Revise con el representante de CommScope la información específica del producto para PoE que se publicará en un documento posterior.

Cables NFPA NEC 2017 y LP

Algunas compañías están promocionando la certificación LP como requisito para soportar PoE por encima de 60 vatios en los cables de par trenzado balanceado de cuatro pares. El artículo 840.160 de la normativa NEC 2017 exime a los circuitos de comunicaciones que suministran menos de 60 vatios (0,3 amperios nominales por conductor) a los equipos de comunicaciones. En niveles de potencia más altos, las especificaciones requieren el cumplimiento de lo establecido en una tabla (limitando el tamaño del mazo basándose en la corriente que se debe transmitir, el calibre del cable de cobre utilizado y la temperatura de clasificación del cableado) o bien exigen que se brinde la opción de utilizar cableado con una nueva clasificación, conocida como cableado “LP”. La Tabla 725.144, tal como se muestra a continuación, es genérica para todos los tipos de cables de Clase 2 y 3.

El artículo 725.144 especifica dos opciones (que se muestran más adelante) para cumplir con los requisitos de la tabla 725.144:
Opción A: cables tradicionales CL3P, CL2P, CL3R, CL2R, CL3 o CL2 utilizados para transmitir energía eléctrica y datos, que cumplan con los requisitos descritos en la Tabla 725.144 (por ej., un cable de 23 AWG clasificado para operar a 60°C puede soportar hasta 0,4 amperios por conductor en un mazo de 192 cables). El artículo 840.160 además permite la sustitución de cables de comunicaciones (Clase CM) por cables de Clase 2 y Clase 3 (CL).
Opción B: cables, como en la Opción A, con un “-LP” agregado al listado (por ej., CL2P-LP) que se han sometido a prueba en UL hasta una configuración de 192 cables por mazo y cuentan con la correspondiente clasificación de corriente máxima marcada en su chaqueta (por ej., CL2P-LP[0.5A], 23 AWG).
Tal como se describe en estas consideraciones de implementación, CommScope utiliza un enfoque holístico para PoE que incluye no solo el control de la corriente máxima sino también la implementación de estas guías prácticas para reducir el aumento de temperatura según consta en las normas ISO TR 29125, TIA TSB 184-A y EN-50174. Estos documentos recomiendan un tamaño de mazo máximo de 24 cables, lo que mejora en forma significativa el desempeño de los cables de Categoría, para refutar la necesidad de los cables LP.

Alimentación remota y garantía de aplicaciones de CommScope

Para las instalaciones registradas de Sistemas de Infraestructura de Red CommScope, las aplicaciones PoE IEEE 802.3 quedan cubiertas por el Programa de Garantía de Aplicaciones SYSTIMAX® y por los Programas de Garantía de Aplicaciones Uniprise® y NETCONNECT®, basado en el cumplimiento de los estándares, pautas y códigos aplicables. Consulte al representante local de CommScope para conocer más detalles.

Recomendaciones

Para administrar la alimentación remota, CommScope recomienda un enfoque holístico que incluye no solo el control de la corriente máxima en los conductores, sino también la implementación de guías prácticas para reducir el aumento de temperatura según lo definen las normativa ISO/IEC TR 29125, CENELEC CLC/TR 50174-99-1, CENELEC EN 50174 y TIA TSB 184-A. Estos documentos recomiendan el uso de cableado de Categoría 6A o Clase EA y superior para todas las nuevas instalaciones, considerando su mejor desempeño para proveer canales alimentados en forma remota, y un tamaño máximo del mazo de 24 cables, lo que controlará en forma significativa el desempeño térmico de los cables.
Utilizando estos documentos, junto con las prácticas de instalación de CommScope, se generarán instalaciones correctas para todos los niveles de alimentación remota, que van desde los 15 a los 90 vatios suministrados por el equipo de suministro eléctrico (PSE).
Se debería señalar que los parámetros de transmisión se especifican hasta 60˚C en las normativas de cableado TIA, CENELEC e ISO, y se han diseñado equipos de comunicaciones para funcionar en estas condiciones. Por lo tanto, pasar por encima de los 60˚C infringe las normativas, no es lo normal y tampoco es práctico, ya que expone a un riesgo considerable a las aplicaciones que no funcionan a temperaturas entre 60˚C y 90˚C, según está permitido actualmente en la Tabla 725.144 de la norma NEC-2017.
También vale la pena mencionar que el cumplimiento con la normativa de seguridad se ve facilitado por un enfoque holístico integral similar al que aplican los estándares de cableado nacionales e internacionales, incluyendo el trabajo conjunto realizado con los comités de aplicaciones tales como IEEE 802.3. Por ejemplo, el cableado en topología estrella, que limita un puerto del PSE para alimentar un dispositivo conectado (PD), mejora el control y la fuente de alimentación compatible, ya que se utiliza LLDP para gestionar la alimentación hacia todos los dispositivos conectados a un PSE. Los comités de cableado hacen referencia a los códigos eléctricos nacionales e internacionales para garantizar el cumplimiento los códigos y regulaciones locales. Este es un enfoque integral, coherente y coordinado, que ha derivado en un registro perfecto de cero pérdidas reportadas, de vidas o de bienes, utilizando redes de comunicaciones para el suministro de energía. CommScope está comprometido a mantener este registro perfecto en el futuro para las aplicaciones emergentes de alimentación remota basadas en los estándares, mediante la especificación y gestión de todos los aspectos de la infraestructura de cableado para mejorar el rendimiento térmico.

Fuente: CommScope

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