Расчет удаленного питания
При применении удаленного питания пользователи часто сталкиваются с трудностями по определению потребной мощности центрального источника и достижимой дальности питания.
Типичные ошибки :
- представление о том, что ток, потребляемый от центрального источника равен сумме токов, потребляемых оконечной аппаратурой
- дальность запитки определяется только мощностью центрального источника.
Для использования всех технических возможностей необходимо четко представлять основные процессы в цепях питания и уметь делать простейшие расчеты.
Напомним основные особенности:
1.Оконечное устройство потребляет в конечном итоге МОЩНОСТЬ , а не ток или напряжение. Для большинства 8-портовых коммутаторов это порядка 3Вт и, с учетом КПД понижающего стабилизатора, можно принимать эту мощность на уровне 4Вт. 16 и 24-портовые коммутаторы потребляют не намного больше. 16-портовый можно принять 5-6Вт, 24-портовый 6-8Вт.
2. Данные по потреблению аппаратуры необходимо брать не с этикетки прилагаемого к аппаратуре адаптера, а из спецификации изготовителя коммутатора, конвертора и т.п. К сожалению, полные технические спецификации дают не все изготовители.
3. Потребление по линии 48В рассчитывается, как мощность оконечного устройства, деленная на напряжение на входе "понижалки". Напряжение 48В условимся считать номинальным в системе удаленного питания. Поскольку стандарт РоЕ допускает 40-56В, для увеличения расстояния MICROWATT настраивает свои источники , обычно , на 53-54В. Реальный пример, (любезно предоставленный И.О. Самойленко, Харьков): Свичи PLANET FSD803. Штатный адаптер 12Вх0.5А. Потребляют в зависимости от напряжения на входе понижалки MW73, количества задействованных портов и трафика от 50 до 100мА (2.16-4.32Вт). К этому еще нужно добавить потери в меди линии. Они могут быть до 30-40%. Ток потребления будет расти с увеличением дальности.
Если вести расчет по всем правилам электротехники, то для точного решения задачи необходимо решить квадратное уравнение. Это несложно, но если в системе 2 и более свичей получается система уравнений соответственно 2-й и более высоких степеней, что уже обсчитать с калькулятором довольно сложно.
Можно предложить упрощенную методику расчета, дающую 5-10% погрешности. В результате расчета мы должны получить ответ на два вопроса: какой ток будет потребляться от центрального источника и хватит ли напряжения РоЕ, чтобы запитать самый удаленный прибор?
Давайте представим, что самый удаленный коммутатор питается самым низким напряжением. Хотя, понижалка и отдает полную мощность с 36В, а реальный 8-портовик и при 32-33В запитает, мы рекомендуем начать с U0= 38В. Небольшой запас напряжения на всплески/провалы полезно оставлять. Тогда, приняв мощность, потребляемую коммутатором, скажем, 4Вт (см. пример выше) легко определим потребляемый ток - I1= P1/ U0=4/38=105.2мА.
Этот ток протекает по линии питания. Если это UTP5, то сопротивление жил 8.2-8.5Ом/100м, если П276 - 3.6Ом. Предположим, что длина линка 120м. Тогда его сопротивление R1= 8.5х1.2 =10.2Ом и на проводах упадет dU1=I1*R1=1.073B. Напряжение на входе линка U1=U0+dU1=39.073В
Пусть в этой точке стоит второй коммутатор с таким же потреблением. Тогда ток I2=P2/U1=4/39.073=102.4мА. В эту точку по линку должен приходить суммарный ток питания для первого и второго коммутатора. IC1 =I1+I2= 105.2+102.4=207.6мА. Пусть длина второго линка 90м. Тогда его сопротивление R2= 8.5х0.9 =7.65Ом и на нем упадет dU2=IC1*R2=1.59B. Напряжение на входе второго линка U2=U1+dU2=40.66В.
Продолжая расчет этой лестничной схемы от конца к началу, мы должны следить за постепенным ростом необходимого напряжения на входе линка. Как только оно достигнет UC= 52-53В - пора остановиться. Это предельная дальность питания. Для дальнейшего увеличения суммарной длины линков необходимо увеличивать напряжение питания. Пока, в рамках стандарта РоЕ это не предусмотрено.
Теперь обратим внимание на суммарный ток питания сети. По нему мы можем определить необходимую мощность центрального источника. Если, например, получилось 750мА, то мощность Рс=UC*ICN= 53*0.75=39.75Вт. Подойдет источник мощностью ватт 50 и выше.
Важно понимать, что увеличение мощности источника ничего не даст в плане увеличения дальности. Просто сеть не будет пропускать необходимый ток к коммутаторам из-за падения напряжения в проводах линии. Для увеличения дальности нужно уменьшать сопротивление проводов. особенно важно это на первом (считая от источника!!) линке. Иногда, прокладка на первом линке параллельно штатному кабелю дополнительно проводов питания сечением в 0.75-1.5мм2, позволяет удлинить сеть на 1-2 линка, расположенных на максимальном удалении от места подключения центрального источника.
Обычно, при расстояниях до 500-550м по UTP5 идо 1км по П276, расчет можно не проводить. Питание гарантировано обеспечивается. Если от места установки центрального источника в разные стороны отходят лучи с 4-6 коммутаторами ( звездообразная топология), то рассчитывается каждый луч независимо, а потом, при выборе мощности источника, суммируются мощности всех лучей.
Если этот алгоритм окажется полезным, в следующей статье мы рассмотрим вариант расчета для случая "развилок", когда в одной точке необходимо раздать питание на 2-3 ветки в древовидной топологии сети.