【技術文章】乙太網路供電安全嗎?

乙太網供電(PoE)至今已經實施多年了,從2003年推出的Type 1 PoE(IEEE 802.3af)開始,它可提供達15.4 W的功率,可為受電裝置提供13W的功率。再來是2009年Type 2 PoE(IEEE802.3at),可提供達30 W的功率,並能提供相關受電裝置25.5W的功率。

在這個水平之下的直流電源,沒有人真正質疑過PoE的安全性。但是,在2018年分別推出了以60 W和90 W的 IEEE 802.3 bt Type 3和Type 4 PoE,並同時修訂了國家電氣法規以解決60 W遠程供電電路,許多人開始懷疑PoE供電是否存在安全上的疑慮。我們認為應該仔細地來看看這個問題。


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AC vs. DC

長期以來人們一直認為DC(直流)電源安全,而AC(交流)電源不安全。背後的真相其實是,因為交流電源的危險性比直流電高約3至5倍-原因是在相同電壓之下,直流電流需要比交流電流高出許多(毫安),才會造成等量的傷害。為了更好地理解原因,可以參考下圖它有助於理解兩者之間的區別。


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如圖所示,交流電源(紅線)週期性地來回交替,而直流電源(藍線)則沿一個方向流動。這就是交流電源有頻率而直流電源沒有頻率的原因。在美國,交流電源每秒交替60次(60 Hz)。在歐洲,每秒50次(50 Hz)。可視化差異的一種簡單方法是查看它們的圖形-交流電產生波狀(正弦)圖案,而直流電只是一條扁平線。

當您受到交流電源電擊時,交流電源的交替特性會導致心臟心房顫動。直流電源的持續流動對心臟沒有危險,但是會引起抽搐性的收縮,這不是說直流電絕對安全,當然若是電流夠高還是會對生命造成威脅。除電流大小之外,人體的電阻也是一個重要因素,濕度、皮膚厚度、體重、年齡甚至性別都會有所差異。乾燥的皮膚比潮濕的皮膚具有更大的電阻,並且當電阻下降時,流經人體的電流就會上升。研究也顯示女性整體身體電阻低於男性所以跟男性相比更容易感電受到電流傷害。

此外,電流的路徑也決定不同的危害程度。當在人體上有一條完整的路徑且兩個接觸點可供電流進入和流出時,才會發生電擊,而電始終會走最短的地路徑離開身體。

根據IEEE標準,PoE以44~57V(通常為DC 48V)之間的直流電壓加入電纜中。通常,任何低於35V AC或60V DC的電壓都被視為”安全特低電壓”(SELV),因此根據此定義,PoE的端口也是為SELV。這並不是說DC 48V不會感電(如果您小的時候有用9伏電池觸碰舌頭過,您就會知道會有局部麻麻的感覺)。而且不會有人建議您剝掉雙絞線電纜的絕緣層,然後徒手撥開絕緣層(尤其是手濕濕的時候)。

但使用PoE,您幾乎不會因斷開的電纜而被電擊。這是因為電源設備(PSE)必須在提供任何電源之前都要與受電設備(PD)先進行協商。沒有交握成功,就不會提供電源。這跟無論您是否插入設備都可以持續供電的交流電源完全不同。

簡而言之,答案是肯定的。PoE是安全的。



但事情總會有個萬一

如果PoE供電真的完全安全,那麼為何在美國電工法規(NEC)中還是有針對60W以上功率的供電進行規範呢?PoE供電潛在的風險在於纜線過度綑綁,會造成電力傳輸過程中產生大量的熱,這些熱能會導致插入損耗增加和加速電纜特性隨時間而老化的速度,從而影響正確的數據傳輸。小至電話大到安全設備只要是連接到網絡並使用PoE供電的系統,當發生信號丟失時肯定會成為一大困擾甚至產生的熱會直接造成生命財產等等的威脅。

這就是為什麼在NEC中規定使用60 W或是更高瓦數的PoE供電系統中,須根據使用的線徑尺寸和額定工作溫度來規定每捆電纜束中所允許的電纜數量或是直接使用合規的Limit Power cable的原因之一。

當在進行有關PoE消防安全性的討論時大部分的人都會保留遲疑的態度。儘管從理論上來講發生的可能性不高但你我都知道機率絕不會是零。

重要的是要記住,若是纜線沒有做好適當的電阻平衡,即便沒有過度綑綁產生熱的危險,PoE仍然會對資料傳輸造成嚴重的破壞。在IEEE 802.3 bt Type 3和Type 4中,透過使用共模電壓在四對線上傳輸電力,並透過共模電壓在各對以及各導體之間分配電流達到供電足瓦且穩定。因此,用於PoE的纜線各對間的直流電阻必須達到平衡。過多的不平衡會導致變壓器飽和,進而導致乙太網的傳輸數據信號失真。因此,我們建議您使用DSX CableAnalyzer™系列測試儀來測試並檢驗纜線中的直流電阻不平衡,來確保使用的電纜能夠正常在PoE的環境中。



原文連結:https://www.flukenetworks.com/blog/cabling-chronicles/power-over-ethernet-safe




2021-05-24
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