Im aktuellen wirtschaftlichen Umfeld wurden verschiedene Methoden angewendet, um die Kabelkosten zu senken, beispielsweise die Reduzierung des Durchmessers oder sogar die Modifizierung der grundlegenden Leiterkonstruktion. All diese Methoden widersprechen dem Sinn und Zweck von Kabelnormen und erwecken, wie wir später sehen werden, in einigen Fällen den Eindruck von Konformität auf potenziell betrügerische Weise. In diesem technischen Bericht erörtern wir diese Problematik, bevor wir die langfristigen Bedenken untersuchen, die sich aus der Verwendung dieser und anderer Kabel mit ähnlichen Spezifikationen ergeben.
Um die Situation zu verstehen, müssen wir die Konformitätsanforderungen der verschiedenen Verkabelungsstandards betrachten. Der ANSI/TIA-568-C-Standard legt, wie die meisten anderen TIA-Standards, fest, dass alle Aussagen mit dem Wort „muss“ verbindliche Anforderungen darstellen. Eine solche Anforderung ist, dass Kanäle einer bestimmten Kategorie Kabel und Patchkabel mindestens dieser Kategorie verwenden müssen. Diese Aussage vereinfacht die Sache. Wenn die horizontalen Kabel und Patchkabel die oben genannten Anforderungen nicht erfüllen, ist die Einhaltung des ANSI/TIA-568-C-Standards nicht möglich, unabhängig von der für den Kanal festgelegten Kategorie. Im Gegensatz dazu enthalten europäische (EN 50173-x) und internationale (ISO/IEC 11801) Standards für strukturierte Verkabelung eine Ausnahmeregelung, den sogenannten „Kanalkonformitätsansatz“. Dieser erlaubt die Verwendung beliebiger Kabelspezifikationen, solange der resultierende Kanal die spezifizierte Leistung für die festgelegte Klasse erfüllt. Die Absicht ist lobenswert und ermöglicht die Implementierung neuer technologischer Entwicklungen jenseits der Grenzen einer bestimmten Kabelkategorie. Doch wie in anderen Bereichen geht Freiheit auch mit Verantwortung einher. Leider beobachten wir derzeit, wie diese „Ausweichklausel“ bis zur Überschreitung der Verantwortungsgrenzen ausgenutzt wird. Erste Schritte in diese Richtung wurden mit sogenannten Zonenkabeln unternommen. Da internationale Kabelnormen Horizontal- und Patchkabel in separaten Standards definieren (IEC 61156-5 für Horizontalkabel und IEC 61156-6 für Patchkabel), entschieden sich einige Hersteller, ihre Horizontalkabel eigenständig anhand der IEC-Patchkabelspezifikationen auf Konformität mit einer bestimmten Kategorie prüfen zu lassen. Dies führt zu Kabeln mit weniger Kupfer und potenziell kleineren und leichteren Abmessungen.
Die Einfügedämpfung pro Längeneinheit ist jedoch 50 % höher als bei einem horizontalen Kabel derselben Kategorie. Daher mussten die Hersteller die maximale Einsatzlänge dieser Kabel reduzieren und haben in diesem Zusammenhang das Konzept einer „Zone“ entwickelt, in der solche Kabel mit einem normgerechten Kanal versehen werden können. Die Grenzen dieser Zonen variieren zwischen 50 m und 70 m. Diese Lösungen erfüllen jedoch bestimmte Anforderungen nicht: Sie entsprechen nicht den allgemeinen Anforderungen der TIA-568-C.2
für Verbindungen oder Kanäle einer bestimmten Kategorie, da sie die Anforderungen an horizontale Kabel dieser Norm nicht erfüllen.
Der Mindestdurchmesser von 26-AWG-Leitern beträgt 0,40 mm. Einige Hersteller bieten Kabel mit einem einzelnen massiven Leiter mit einem kleineren Durchmesser an. Daher erfüllen diese Kabel keine der Spezifikationen für horizontale oder Patchkabel gemäß irgendeiner Norm. Um den im vorherigen Absatz genannten Punkt zu verdeutlichen: Sie können nicht zur Realisierung einer Verkabelung verwendet werden, die den allgemeinen Anforderungen für ANSI/TIA-568-C.2-Kanäle einer bestimmten Kategorie entspricht, da die horizontalen Kabel keine der in dieser Norm festgelegten Anforderungen erfüllen. Kanäle, die den Anforderungen einer bestimmten Klasse gemäß EN 50173-1 oder ISO/IEC 11801 entsprechen, können jedoch durch Anwendung des jeweiligen „Kanalkonformitätsansatzes“ realisiert werden.
Sie haben wahrscheinlich bemerkt, dass wir die Spezifikationen für permanente Verbindungen noch nicht besprochen haben. Wie bereits erwähnt, schreibt der ANSI/TIA-568-C-Standard vor, dass Kanäle und permanente Verbindungen einer bestimmten Kategorie Kabel und Verbindungstechnik mindestens dieser Kategorie verwenden müssen. Konzentrieren wir uns jedoch ausschließlich auf die Übertragungsqualitätsanforderungen von ANSI/TIA-568-C-2 für permanente Verbindungen, so werden diese anhand einer Kabellänge von 90 Metern zuzüglich der entsprechenden Verbindungstechnik berechnet. Daher können diese Zonenkabel zwar weder allgemein noch mechanisch den TIA-568-C-Standards entsprechen, aber sie können spezifizieren, dass ihre Übertragungsqualität die geforderte Qualität für permanente Verbindungen erfüllt, solange die Verbindungen nicht zu lang sind.
Genau das meinten wir mit „widersprüchlich zum Sinn von Verkabelungsstandards“ – die Auswahl eines bestimmten Aspekts anstatt die Einhaltung der eigentlichen Anforderungen eines Standards.
Im Gegensatz dazu können Zonenkabelimplementierungen nicht die Anforderungen an permanente Verbindungen gemäß EN 50173-1 oder ISO/IEC 11801 erfüllen, da die Anforderungen dieser Normen für permanente Verbindungen auf der Kabellänge und deren Modellierung sowie auf geeigneten Verbindungseinrichtungen basieren – und diese Modelle implizit auf den Ergebnissen horizontaler Kabel einer bestimmten Kategorie beruhen. Daher können Patchkabel mit geringer Einfügedämpfung keine permanenten Verbindungen beliebiger Länge realisieren.
Diese Analyse führt zu der obenstehenden komplexen Konformitätstabelle, die die von Anbietern von Zonenkabeln ausgenutzten Schlupflöcher aufzeigt, um ihre Produkte zu bewerben.
Diese Anbieter argumentieren mit einer Reihe von Vorteilen, nicht nur physikalischer oder wirtschaftlicher Natur, wie bereits erwähnt, sondern auch im Hinblick auf soziale Verantwortung, etwa durch die Reduzierung von Materialverbrauch und Abfall. Angesichts dieser durchaus nachvollziehbaren Begründungen für die Einführung von Zonenkabeln, selbst wenn sie auf einer Verzerrung der Normen beruhen, stellt sich die Frage, warum uns diese Produkte überhaupt beunruhigen. Eine der Hauptsorgen betrifft die Fernstromversorgung in den Kabeln und konzentriert sich auf den Gleichstrom-Schleifenwiderstand – einen Parameter, der bisher wenig Beachtung fand, aber einem sehr einfachen physikalischen Gesetz gehorcht: dem Ohmschen Gesetz.
Grafische Darstellung des Unterschieds im Erwärmungseffekt zwischen einem konformen und einem nicht konformen PoE in strukturierter Verkabelung
Bei der Verwendung symmetrischer Kabel zur Stromversorgung sind zwei Aspekte zu berücksichtigen. Erstens geben Kabel Leistung in Form von Wärme ab, proportional zu ihrem Widerstand. Dieser ist bei einem massiven Kupferleiter umgekehrt proportional zum Quadrat des Leiterdurchmessers. Das heißt, halbiert sich der Leiterdurchmesser, vervierfacht sich die pro Längeneinheit abgegebene Leistung. Zweitens hängt die Temperatur des Kabels von seiner Umgebung ab (und ist höher, wenn es sich in der Mitte eines Kabelbündels oder in isolierten Verlegungssystemen befindet). Diese Temperaturerhöhung kann zwei Folgen haben: Überhitzt das Kabel, kann es sich zersetzen. Selbst bei niedrigeren Temperaturen erhöht sich die Einfügedämpfung, wodurch die maximal mögliche Übertragungsdistanz reduziert werden kann. Wie bereits erwähnt, beträgt der zu erwartende Gleichstromwiderstand eines horizontalen Kabels maximal 9,5 Ω/100 m. Die Verwendung sogenannter Zonenkabel, die die Spezifikation von 14,5 Ω/100 m erfüllen, führt zu einer 53%igen Steigerung der Wärmeabgabe pro Meter. Einige Anbieter fertigen Kabel mit Leitern von weniger als 0,4 mm Durchmesser, die naturgemäß höhere Widerstandswerte aufweisen und somit mehr Wärme erzeugen. Manche dieser Kabel geben fälschlicherweise an, in gewisser Hinsicht den TIA-Kategorien 5e und 6 zu entsprechen – im Vergleich zu denen die Steigerung des Gleichstromwiderstands ≥ 60 % beträgt.
Es ist anzumerken, dass die renommiertesten Anbieter von Zonenkabeln ausdrücklich darauf hinweisen, dass diese für kurze Strecken in Rechenzentren vorgesehen sind, wo Fernstromversorgung eher unüblich ist. Neuere Anbieter geben jedoch explizit an, dass diese Kabel Fernstrom gemäß IEEE PoE und PoE+ liefern können. Zwar entspricht die Leistung, die PoE-Geräten am Ende dieser Zonenkabel auf kurzen Strecken zugeführt wird, dem IEEE-Standard, doch wird oft nicht deutlich gemacht, dass der Leistungsverlust pro Längeneinheit entlang des Kabels deutlich höher sein kann. Ein überzeugendes Verkaufsargument für diese Kabel ist ihr geringerer Querschnitt, der eine höhere Installationsdichte auf demselben Raum ermöglicht. Diese potenzielle Kombination aus höherer Ladungsdichte und höherem Widerstand sollte jedoch mit Vorsicht betrachtet werden. In dieser Hinsicht stellen diese Kabel ein ähnliches Problem dar wie kupferummantelte Aluminium- und Stahlkabel, deren Gleichstromwiderstand je nach Anteil des Nicht-Kupfer-Materials im Leiter variiert. Manche kupferummantelte Aluminium- oder Stahlkabel weisen einen Gleichstromwiderstandsanstieg von maximal 40 % auf, während andere Werte von über 200 % zeigen. Daher fallen Zonenkabel aus dieser Perspektive in den Bereich dieser fälschlicherweise als Kategoriekabel bezeichneten Kabel.
In diesem Zusammenhang ist es bedauerlich, dass die von uns zur Validierung unserer Installationen verwendeten Testgeräte potenzielle Probleme so ineffektiv erkennen. Die ANSI/TIA-568-C-Spezifikation für permanente Verbindungen ist längenunabhängig und legt lediglich einen Grenzwert von 21 Ω für den Gleichstromschleifenwiderstand (den Gesamtwiderstand eines geschlossenen Adernpaares) fest. Bei Prüfungen der Kategorien 5e, 6 und 6A ist das Testgerät jedoch nicht verpflichtet, Ergebnisse außerhalb dieses Grenzwerts zu melden. Im Gegensatz dazu spezifizieren die ISO/IEC- und EN-Normen längenabhängige Anforderungen. Leider geben nur sehr wenige Testgerätehersteller diese Grenzwerte an und wenden stattdessen einfach den Maximalwert von 21 Ω an. Würden sie dies tun, würde keine mit Zonenkabeln hergestellte permanente Verbindung die Anforderungen der Klassen D, E, EA usw. erfüllen.
Erfahrene Datenverkabelungsinstallateure sind sich der Probleme mit der Verbindungszuverlässigkeit von kupferkaschierten Aluminiumkabeln bewusst und installieren diese daher nicht, selbst wenn der Kunde dies wünscht. Sie übersehen jedoch häufig, dass bei abnehmendem Leiterdurchmesser ähnliche Probleme auch bei Kupferleitungen auftreten können. Die Spezifikationen für Steckverbinder in Verbindungseinrichtungen fordern gemäß den EN-Kabelnormen einen effektiven Kontakt für Leiterquerschnitte zwischen 0,50 und 0,65 mm². ISO/IEC 11801 formuliert ihre Anforderungen etwas anders, gibt aber Anlass zur Sorge, wenn der Leiterdurchmesser außerhalb dieses Bereichs liegt. Folglich kann die Verwendung von Kabeln mit kleineren Leitern die Kompatibilität mit normkonformen Steckverbindern und damit die Zuverlässigkeit der Verbindungen beeinträchtigen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Verwendung von Kabeln mit Leitern unter 0,5 mm Durchmesser zweifellos Kosten und Kabelquerschnitt reduziert. Einige Anbieter nutzen jedoch regulatorische Lücken aus, um solche Kabel anzubieten, während andere sogar noch weiter gehen und Kabel herstellen, die Normen gänzlich missachten und durch irreführende Werbung fälschlicherweise die Konformität mit einer bestimmten Kategorie behaupten. Obwohl bekannt ist, dass diese Dünnleiterkabel aufgrund ihrer Einfügungsdämpfung die maximale Kabellänge begrenzen, ist der damit verbundene hohe Gleichstromwiderstand der besorgniserregendste Aspekt. Dieser kann bei der Stromversorgung entfernter Geräte zu übermäßigen Temperaturanstiegen in Kabelbündeln und unbelüfteten Leitungsabschnitten führen. Solange die Anbieter diese Details nicht vollständig transparent darlegen, grenzt die Bereitstellung dieser Produkte an Verantwortungslosigkeit und ist in gewisser Weise genauso bedenklich wie die Auswirkungen von kupferkaschierten Aluminium- oder Stahlkabeln. Diese offensichtliche Missachtung des Gleichstromwiderstands sollte unserer Branche Sorgen bereiten. Während die vollständige PoE+-Konformität die Leistungsabgabe auf 25,5–34,2 W pro Kabel begrenzt, liefern einige Gerätehersteller die doppelte Menge. Es scheint auch einen Wettbewerb zwischen einzelnen Anbietern und Branchenforen um höhere Leistungsstufen zu geben, ohne die Auswirkungen ihrer Lösungen zu analysieren. HDBASE-T bietet 100 W Leistung für Fernseher, und in letzter Zeit sind Beispiele für Mittelklasse-Einschubmodule aufgetaucht, die sogar noch mehr Leistung an entfernte Geräte liefern. CENELEC, die europäische Normungsorganisation, hat auf diese Bedenken reagiert und mit der Erstellung eines technischen Berichts begonnen, der Leitlinien und Unterstützung für
Anwendungen zur Stromversorgung aus der Ferne bieten soll. Die Abbildungen 1 und 2 veranschaulichen den Unterschied im Erwärmungseffekt zwischen normkonformem und nicht normkonformem PoE.
Die Auswirkungen solcher nicht normkonformer Stromversorgungslösungen in Verbindung mit der Verwendung dieser Dünnleiterkabel werden als riskantes Unterfangen betrachtet. Installateure müssen die von ihnen eingegangenen Verpflichtungen hinsichtlich der Normenkonformität äußerst sorgfältig prüfen (und sollten die Spezifikationen der Kabelhersteller gründlich prüfen). Mögliche Bedenken hinsichtlich Stromversorgung, Kabelbündeltemperatur und möglicher Steckerkompatibilität müssen gegen die wirtschaftlichen Vorteile von Kabeln mit dünnen Leitern abgewogen werden.
Dieser technische Bericht wurde von Mike Gilmore von e-Ready Building Limited im Auftrag von Excel erstellt.
