Basiswissen zu PoE-Tests in intelligenten Beleuchtungssystemen

Die Stromversorgung über das Ethernet (Power over Ethernet, PoE) unterstützt nicht nur IT-Geräte, sondern eine Vielzahl weiterer Gebäudesysteme, wie intelligente Beleuchtungsanlagen. Wenn auch Sie mit derartigen PoE-Installationen zu tun haben, sollten Sie mit den folgenden vier Grundelementen von PoE vertraut sein:

1. Welche PoE-Komponenten gibt es?

Dazu zählen:

• Energieversorger – Power Sourcing Equipment (PSE)

Die Stromversorgung wird zumeist über einen PoE-fähigen Switch im Netzwerk bereitgestellt, der als Energieversorger (PSE) bezeichnet wird. Bei dieser Komponente sind zwei wichtige Leistungskennwerte zu beachten. Das ist zum einen die maximale Versorgungsleistung am einzelnen Port, die durch IEEE-Normen vorgegeben wird, sowie zum anderen die PoE-Gesamtleistung, also die maximale Kapazität, die über eine beliebige Anzahl von Ports bereitgestellt werden kann.

• Ethernet-Kabel

Das Ethernet-Kabel für PoE-Beleuchtungsanlagen erfüllt für gewöhnlich die Anforderungen der Kategorie 5e, 6 oder 6A, wobei die maximal installierte Gesamtlänge 90 Meter betragen darf. Manche Beleuchtungssysteme erlauben, mehrere Leuchten in Reihe hintereinander zu schalten, wenn die einzelnen Abschnitte die 90 Meter jeweils nicht überschreiten und die Gesamtlänge des Kabels die vom Hersteller vorgegebenen Grenzwerte einhält. Die mögliche Gesamtlänge ist vom (ohmschen) Widerstand des Kabels abhängig. Je nach Kabelkategorie und Anzahl der Leiter unterstützen die Kabel Frequenzen von 100 MHz bis 500 MHz und Datenraten von 1 Gbit/s bis 10 Gbit/s. Wie bei jedem elektrischen Kabel tritt auch hier ein Spannungsabfall auf, der vom Kabelwiderstand und von der Länge des Kabels sowie von der angelegten Last abhängig ist.

• Energieverbraucher – Powered Device (PD)

Der Energieverbraucher (PD), also das mit Strom versorgte Gerät, ist die elektrische Last in einem PoE-System, beispielsweise eine Leuchte. Ein Verbraucher benötigt eine bestimmte Mindestleistung, um ordnungsgemäß zu funktionieren. Dieser Leistungswert ist für die Systemplanung wichtig, um sicherzugehen, dass der Energieversorger (PSE) ausreichend Leistung zur Verfügung stellen kann.

2. PoE-Leistungsbudget

Möglicherweise kann ein Energieversorger (PSE) die benötigte Ausgangsleistung nicht zur gleichen Zeit über alle seine Ports ausgeben, da in diesem Fall die benötigte Gesamtleistung aller Ports zusammen die maximale Ausgangsleistung des PSE überschreitet.

Zum Glück sind diese PSE aber intelligente Geräte und werden bei einer solchen Überlastung nicht beschädigt. Stattdessen wird die jeweils benötigte Leistung in der Reihenfolge der eingehenden Anforderungen bereitgestellt, bis die maximale Kapazität ausgeschöpft ist. Alle später eingehenden Leistungsforderungen werden ignoriert. Daher sollten die Installateure sicherstellen, dass die Anzahl der PoE-Leuchten und deren gesamter Leistungsbedarf nicht die maximale Nennleistung des PSE-Gerätes überschreitet.

3. Testen der Installation / PoE-Konformität

In den PoE-Normen der IEEE ist festgelegt, wie viel Leistung nach 100 Metern installierter Kabellänge, inklusive Patchkabel, die jeweilige PSE-Klasse am Verbraucher (PD) bereitstellen muss. Im Unterschied zu einer Netzanschlussleitung, an der immer Spannung anliegt, speist ein PSE-Gerät erst dann eine elektrische Leistung in die Datenleitung ein, wenn ein Verbraucher (PD) diese auch anfordert. Daher ist es auch nicht möglich, die elektrischen Standardmessgeräte zu verwenden, um PoE-Systeme zu testen. Zu diesem speziellen Zweck werden stattdessen PoE-Tester, wie der PoE Pro angeboten.

Diese PoE-Tester ermitteln die PSE-Leistungsklasse und zeigen die Spannung ohne Last (ohne Verbraucher) sowie unter Last (mit Verbraucher) und auch die verfügbare Leistung unter Volllast an. Zudem geben sie eine eindeutige Gut/Schlecht-Bewertung (PASS/FAIL) aus. Damit ist der Techniker in der Lage, mühelos Hunderte von Kabeln zu testen und die Leitungen zu identifizieren, die die Spezifikationen nicht einhalten.

Durch die Überprüfung der PoE-Infrastruktur vor der Installation können Sie sicherstellen, dass der PoE-Versorger (PSE) und die Verkabelung die Leistungsanforderungen der Leuchten, also der Verbraucher (PD), erfüllen.

4. Fehlerdiagnose an PoE-Systemen

Sollte eine Leitung beim PoE-Test mit Fehler (FAIL) bewertet werden, kann der Tester die Ursache der Störung ermitteln. Häufig liegt der Fehler beim Versorger (PSE) oder dem Kabel zwischen PSE und dem Verbraucher (PD).

Hierfür wird der Tester über ein Patchkabel an den PSE-Port angeschlossen, um die maximale Ausgangsleistung zu messen. Ein nicht bestandener Test bedeutet, dass entweder der Port oder der PoE-Switch defekt ist, dass der Port falsch konfiguriert wurde oder dass die Leistungskapazität des PoE-Switches bereits ausgeschöpft ist.

Wenn der Energieversorger, beispielsweise der PoE-Switch, alle Tests bestanden hat, ist davon auszugehen, dass auf dem Kabel zu viel Leistung verloren geht. In diesem Fall kann die Kabellänge mit Hilfe der Kabel-Testfunktion des PoE-Testers überprüft werden.

Bei einem zu langen Kabel führt der durch die Überlänge bedingte höhere Leitungswiderstand unter Umständen dazu, dass am Verbraucher (PD) zu wenig Leistung eintrifft. Bei einem zu kurzen Kabel überschreitet dessen ohmscher Widerstand möglicherweise die für Kabel der Kategorie 5e geltenden Spezifikationen.

Auch kupferkaschierte Aluminiumleiter (CCA) können Probleme bereiten. In diesem Fall bestehen die Leiter aus Aluminium (Al) und sind mit einer dünnen äußeren Kupferschicht versehen. Diese Kabel weisen einen höheren Widerstand als massive Kupferleitungen auf und sollten daher nicht für PoE-Anwendungen genutzt werden. Da sie aber preiswerter sind, werden sie gelegentlich doch dafür eingesetzt.

Empfohlene PoE-Tester

Insgesamt wiegen die Vorteile von PoE-Beleuchtungsanlagen den damit verbundenen Mehraufwand deutlich auf. Allerdings sollten Installateure mit der richtigen Prüf- und Messtechnik, wie dem Power-over-Ethernet-Tester PoE Pro von TREND Networks ausgestattet sein. Wenn der Techniker dann noch über die nötigen PoE-Grundkenntnisse verfügt, wie sie hier in diesem Blog vermittelt wurden, ist er ohne Weiteres in der Lage, sicherzustellen, dass seine Neuinstallationen die Leistungsanforderungen erfüllen bzw. im Fall einer Störung in kürzester Zeit die Fehlerursache zu ermitteln.