Ist Power over Ethernet sicher?

16. Dezember 2020 / Allgemein

Power over Ethernet (PoE) gibt es nun schon seit einigen Jahren, beginnend mit dem 2003 eingeführten Typ 1 PoE (IEEE 802.3af), das bis zu 15,4 W liefert, wobei 13 W für das Gerät zur Verfügung stehen. Es folgte der Typ 2 PoE (manchmal auch als PoE Plus bezeichnet), der bis zu 30 W liefert, wobei 25,5 W für das Gerät zur Verfügung stehen.

Bei diesen DC-Leistungspegeln hat nie jemand die Sicherheit von PoE wirklich in Frage gestellt. Aber als vierpaariges PoE des Typs 3 und 4 mit 60 W bzw. 90 W 2018 eingeführt wurde und der National Electric Code überarbeitet wurde, um 60 W-Stromkreise mit Fernspeisung anzugehen, begannen sich viele zu fragen, ob PoE sicher ist. Wir dachten, wir sehen uns das einmal genauer an.

AC (Wechselstrom) vs. DC (Gleichstrom)

Obwohl „Back in Black“ von der Gruppe AC/DC mit über 70 Dezibel definitiv NICHT gut für Ihre Ohren wäre, gab es lange Zeit den Glauben, dass Gleichstrom sicher sei, während Wechselstrom nicht sicher sei. Dahinter steckt eine gewisse Wahrheit, denn Wechselstrom gilt als etwa 3 bis 5 Mal gefährlicher als Gleichstrom – es braucht weit mehr Milliampere Gleichstrom als Wechselstrom bei gleicher Spannung, um Sie zu töten. Um besser zu verstehen, warum, hilft es, den Unterschied zwischen den beiden zu verstehen.

Wechselstrom (Alternating Current, AC) wechselt periodisch hin und her, während Gleichstrom (Direct Current, DC) nur in eine Richtung fließt. Deshalb hat Wechselstrom eine Frequenz und Gleichstrom nicht. In den USA wechselt die Wechselspannung 60 mal pro Sekunde (60 Hz). In Europa sind es 50 mal pro Sekunde (50 Hz). Eine einfache Möglichkeit, den Unterschied zu veranschaulichen, ist die grafische Darstellung von Wechselstrom, der ein wellenförmiges (sinusförmiges) Muster bildet, während Gleichstrom nur einer flachen Linie entspricht.

Wenn Sie von gefährlichen Stromstärken des Wechselstroms durchflossen werden, verursacht die Wechselstromnatur des Wechselstroms ein Vorhofflimmern des Herzens. Der kontinuierliche Fluss von Gleichstrom ist für das Herz nicht so gefährlich, aber er kann zu krampfartigen Kontraktionen führen und Sie bei ausreichend hohen Pegeln sogar töten. Neben der Stromstärke ist auch der Widerstand des Körpers ein wichtiger Faktor, der durch Feuchtigkeit, Hautdicke, Gewicht, Alter und sogar Geschlecht beeinflusst werden kann. Trockene Haut hat einen größeren Widerstand als nasse Haut und die Menge des elektrischen Stroms, der durch den Körper fließt, steigt, wenn der Widerstand sinkt. Und Frauen sind aufgrund eines geringeren Gesamtwiderstands des Körpers anfälliger für Stromschläge als Männer. 

Außerdem macht der Weg einen großen Unterschied. Ein elektrischer Schlag tritt nur dann auf, wenn es einen vollständigen Pfad mit zwei Kontaktpunkten am Körper für den Stromeintritt und -austritt gibt, und Elektrizität wird immer den einfachsten Weg zur Erde nehmen. Der Weg, den der Strom nimmt, hat viel damit zu tun, wie schädlich der Schock ist – ein Strom, der von Hand zu Hand und damit durch Ihr Herz fließt, ist viel gefährlicher als einer, der z. B. von Ihrem Finger zu Ihrem Ellbogen fließt.

Was bedeutet das für PoE?

Gemäß den IEEE-Standards wird PoE mit einer Spannung zwischen 44 und 57 V DC, typischerweise 48 V DC, in ein Kabel eingespeist. Typischerweise wird alles, was weniger als 35 V AC oder 60 V DC beträgt, als Schutzkleinspannung (SELV) betrachtet, so dass PoE-fähige Ports per Definition SELV sind. Das soll nicht heißen, dass 48 V DC Sie nicht schocken könnten (Sie werden das schon wissen, wenn Sie als Kind jemals Ihre Zunge an eine 9-Volt-Batterie gehalten haben). Und niemand empfiehlt Ihnen, die Isolierung eines Twisted-Pair-Kabels abzuziehen und mit bloßen Händen darin herumzustochern (vor allem nicht, wenn sie klatschnass sind).

Aber mit auch PoE haben Sie aufgrund des Protokolls selbst immer noch eine gewisse Chance, einen Stromschlag durch ein nicht angeschlossenes Kabel zu bekommen. Das liegt daran, dass das Power Sourcing Equipment (PSE) einen Handshake mit dem Powered Device (PD) durchführen muss, bevor Strom geliefert wird. Kein Handshake, kein Strom. Das ist etwas ganz anderes als eine normale Stromnetz-Steckdose, die ständig Spannung liefert, unabhängig davon, ob ein Gerät eingesteckt ist.

Kurz gesagt, die Antwort lautet JA. PoE ist sicher.

Es gibt jedoch immer ein Aber

Wenn PoE also sicher ist, warum wird es dann in der amerikanischen Elektro-Norm (NEC) für Leistungspegel über 60 W angegangen? Es besteht immer noch die potenzielle Gefahr, die durch die von PoE in den Kabelbündeln erzeugte Wärme verursacht wird, die im Laufe der Zeit zu Einfügungsdämpfung und Kabeldegradation führen kann, was eine ordnungsgemäße Datenübertragung verhindert. Und da alles, von Telefonen und Sicherheitsgeräten bis hin zu Sicherheitssystemen, mit dem Netzwerk verbunden ist und über dieses mit Strom versorgt wird, kann ein Signalverlust durchaus zu einem Problem für die Lebenssicherheit werden. Das ist ein Grund, warum die NEC die Anzahl der zulässigen Kabel in einem Bündel auf der Grundlage der Leitergröße und der Temperaturklasse für 60 W oder mehr PoE festlegt oder die Verwendung von Kabeln mit begrenzter Leistung (LP) vorschreibt.

Es gibt immer wieder Diskussionen um die Brandsicherheit, wenn es um PoE geht. Obwohl es theoretisch möglich ist, wäre es ein absolutes Worst-Case-Szenario – ein großes, dichtes Kabelbündel, das gleichzeitig 60 W oder mehr PoE mit hoher Leistung in einem heißen Deckenraum (über 40 °C) von einem Punkt zum anderen liefert, ohne in kleinere Bündel/Einzelstrecken aufgebrochen zu werden. Dieses Szenario würde wahrscheinlich auch eine minderwertige, ungeschirmte Kabelkonstruktion (z. B. kupferummanteltes Aluminium) in unmittelbarer Nähe zu brennbarem Material voraussetzen. Ein solches Szenario kann durch die Einhaltung der Bündelungsrichtlinien und die Zertifizierung (die keine CCA-Verkabelung zulässt) vermieden werden.

Es ist wichtig, daran zu denken, dass PoE, auch wenn keine Gefahr besteht, die Übertragung beeinträchtigen kann, wenn das Kabel nicht richtig symmetriert ist. Bei vierpaarigem Typ 3 und Typ 4 PoE erfolgt die Stromversorgung über alle vier Paare mit Daten über eine Gleichtaktspannung, die den Strom zwischen den einzelnen Leitern der Paare aufteilt. Dazu muss der Gleichstromwiderstand ausgeglichen sein. Eine zu große Unsymmetrie führt zur Sättigung des Übertragers, was zu einer Verzerrung der Ethernet-Datensignale führen kann. Deshalb empfehlen wir die Prüfung auf Gleichstrom-Widerstandsunsymmetrie mit Ihrem Prüfgerät der Serie DSX CableAnalyzer™. Erfahren Sie hier mehr über die DC-Widerstandsunsymmetrieprüfung.

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