Uma introdução ao PoE – Power over Ethernet

Há muito tempo o cabo de cobre balanceado, mais conhecido como “cabo de par trançado” ou simplesmente UTP, é utilizado para a transmissão simultânea de informações e energia ao dispositivo remoto. Um exemplo clássico é o velho sistema analógico de telefonia, conhecido na bem-humorada sigla em inglês por POTS (Plain Old Telephone Service, ou ‘velho e simples serviço de telefonia’), onde o aparelho telefônico recebe, junto com os sinais de voz, uma alimentação elétrica em corrente continua proveniente da central, tudo pelo mesmo par de fios de cobre.

Sistemas privados de telefonia analógica (os onipresentes sistemas de PABX) também utilizam essa técnica de energização de aparelhos. Alguns sistemas utilizam até um par adicional do cabo para realizar a alimentação de alguns aparelhos mais “potentes”, como os ramais digitais ou sistemas KS.

Mais recentemente, sistemas de CFTV também começaram a utilizar pares do cabo para alimentar as câmeras através dos cabos de sinal de vídeo. Outros dispositivos utilizados em sistemas de automação também costumam utilizar essa técnica.

E qual a vantagem de se prover a alimentação elétrica ao dispositivo final remotamente, através do cabo de comunicação? Podemos ressaltar algumas:

  • Evitar a necessidade de tomada elétrica ao lado de cada dispositivo e respectiva distribuição de cabos e sua proteção;
  • Evitar a instalação de fontes de energia individuais em cada dispositivo, o que representaria menor eficiência e mais pontos de falha em relação a ter uma fonte centralizada;
  • Possibilidade de dotar todos os dispositivos com energia de backup (UPS e/ou gerador) de maneira central;
  • A distribuição de energia em corrente contínua a tensões usualmente menores que 50 V é mais segura.

O problema é que historicamente nunca houve uma maneira padronizada de realizar essa alimentação elétrica pelos cabos de dados. Cada fabricante tinha sua própria solução, cada qual utilizando fios, tensões, correntes e proteções únicos, impossibilitando a interoperabilidade.

Com a universalização do protocolo Ethernet (para dados, sons, imagens e controles), tornou-se possível a padronização da alimentação elétrica remota por esse protocolo. Essa técnica de alimentação elétrica através de enlaces de comunicação Ethernet por cabos de par trançado ficou conhecida como PoE – Power over Ethernet. A primeira versão do PoE foi lançada em 2003, sob o padrão IEEE 802.3af. A versão seguinte veio em 2009, com o padrão IEEE 802.3at, ficando conhecido como PoE+ (PoE plus).

Algumas características básicas desses dois padrões de PoE:

  • Ambos utilizam dois pares do cabo para alimentação em corrente contínua;
  • O equipamento que energiza o cabo (geralmente um switch ou um injetor de potência) é chamado de Power Sourcing Equipment (PSE);
  • O equipamento energizado (telefone, câmera, ponto de acesso Wi-Fi etc.) é chamado de Powered Device (PD);
  • O enlace deve ter 100 m ou menos de cabo de par trançado, com componentes e topologia compatíveis com as normas de cabeamento estruturado (tais como ISO/IEC 11801, ABNT/NBR 14565 e ANSI/TIA-568);
  • O padrão PoE garante até 12,95 W no PD, enquanto o PoE+ garante até 25,50 W no PD;
  • A alimentação elétrica pode seguir em pares distintos dos de dados (Modo B, para injetores PoE ou PoE+ em velocidades de 10 ou 100 Mb/s) ou simultaneamente pelos mesmos pares (Modo A, para switches PoE ou velocidades iguais ou superiores a 1 Gb/s).

As figuras abaixo mostram os dois modos de energização PoE e PoE+, o Modo A (quando o switch já tem o recurso PoE, técnica chamada de “endspan”) e Modo B (quando é utilizado um injetor PoE entre o switch e o PD, técnica chamada de “midspan”):

Esquema de utilização dos pares para energia e dados

Endspan

Midspan

O PoE+ foi um avanço, pois muitos dispositivos que não conseguiam ser alimentados com menos de 13 W passaram a poder utilizar esse recurso, como câmeras motorizadas (PTZ) e telefones VoIP com grandes telas touchscreen. Mas alguns equipamentos ainda ficaram de fora por necessitarem mais energia, como luminárias LED, monitores de TV e estações de trabalho. Para resolver isso, está em fase final de elaboração o padrão IEEE 802.3bt, que utiliza os quatro pares do cabo para alimentação elétrica, simultaneamente aos dados em Ethernet. Esse novo padrão está sendo referenciado como PoE++ (PoE plus plus) ou 4PPoE (four pair PoE).

O padrão 4PPoE trará duas novas classes de alimentação elétrica:

  • Tipo 3: até 51 watts no PD
  • Tipo 4: até 71 watts no PD
  • Os tipos 1 e 2 são compatíveis com os níveis dos padrões PoE e PoE+, respectivamente

Com esse padrão, será possível dotar quase qualquer equipamento ou dispositivo de comunicação ou automação de um ambiente comercial ou residencial com rede Ethernet de até 10 Gb/s e alimentação elétrica, tudo através de um único cabo de rede, por meio de uma conexão padrão “RJ45”. O 4PPoE possibilitará a instalação de maneira simples, e alimentados unicamente por cabos de par trançado, dos mais diversos equipamentos comuns nos escritórios atuais, para além dos telefones, câmeras e antenas Wi-Fi, tais como:

  • Thin clients
  • Monitores de TV
  • Estações de reserva de salas de reunião
  • Pontos de autoatendimento
  • Luminárias LED inteligentes
  • Leitores de cartão, senha e biometria
  • Alto-falantes
  • Relógios
  • Repetidores internos de sinal de celular
  • Dispositivos DAS – Distributed Antenna System
  • Sensores (iluminação, presença, temperatura, umidade, movimentação, contaminantes etc.)
  • Controladores (controle de acesso, VAV, persianas automatizadas, registros e disjuntores motorizados etc.)
  • Carregadores de celular

Particularmente, as luminárias LED inteligentes (dotadas de sensores e controles) e os dispositivos IoT, tornados possíveis principalmente por causa do PoE, têm o potencial de expandirem enormemente a demanda por cabeamento estruturado nas corporações. Empresas como Cisco já lançaram switches PoE próprios para tais aplicações, aptos a serem instalados por sobre forros, para atenderem às aplicações distribuídas pelo teto. Veja este vídeo sobre o edifício The Edge, de Amsterdam, que utiliza um sistema inteligente de iluminação suportado por PoE.

Até aqui, alguns pontos a ressaltar:

  • O PoE (e suas novas versões) não é um sistema qualquer de energização por cabo de par trançado, mas sim uma técnica específica, padronizada pelo IEEE, para ser utilizada com equipamentos Ethernet em cabeamento estruturado;
  • O protocolo de sinalização do PoE somente injeta potência no cabo se o PSE detectar um PD compatível. Ou seja, você não tomará choque se segurar um cabo UTP decapado cuja outra extremidade esteja conectada a um switch/injetor PoE.

A tabela abaixo mostra um resumo das principais características do PoE (lembrando que até a data que este artigo foi escrito, o padrão 4PPoE ainda não havia sido publicado, a previsão era de até o final de 2018):

Padrão IEEE 802.3af

PoE

IEEE 802.3at

PoE+

IEEE 802.3bd

4PPoE

IEEE 802.3bd

4PPoE

Tipo 1 2 3 4
Pares energizados 2 2 4 4
Faixa de tensão no PSE (Vcc) 44 a 57 50 a 57 50 a 57 52 a 57
Corrente máx. por par (mA) 350 600 600 960
Potência máx. fornecida pelo PSE (W) 15,4 30,0 60,0 100
Potência mín. fornecida ao PD (W) 12,95 25,5 51,0 71,0

Note que há uma diferença entre a potência fornecida pelo PSE e a garantida ao PD, pois há uma queda de tensão no caminho provocada pelo cabeamento instalado. Para que a queda não seja superior a essa, instalar sempre o cabeamento conforme as normas correspondentes e técnicas recomendadas pelos respectivos fabricantes.

O PoE padronizado pelo IEEE não é o único padrão existente de alimentação elétrica sobre cabos de par trançados. Há três outros dignos de nota:

  • UPOE (Universal PoE), lançado pela Cisco em 2011, pode fornecer até 60 W sobre cabeamento de par trançado a partir de switches compatíveis, como as séries Catalyst 4500E Series e Catalyst 3850;
  • POH (Power over HDBaseT), suportado pela HDBaseT Alliance, é um padrão baseado no PoE+ que permite o fornecimento de até 100 W em quatro pares sobre comunicações de áudio e vídeo pelo padrão HDBaseT, que utiliza cabos de par trançado (mín. Cat.5e) para trafegar vídeo de alta resolução, Ethernet a 100 Mb/s e sinais de controle entre equipamentos e dispositivos de entretenimento (segundo a última especificação Energy Star, nenhuma TV de até 60 polegadas pode consumir mais do que 100W);
  • PoDL (Power over Data Line), será um padrão semelhante ao PoE, mas para energizar enlaces dos novos protocolos Ethernet sobre cabos de um par trançado, como o 100BASE-T1 e o 1000BASE-T1, trabalhando com tensões de até 60 V e potências de até 50 W no PD.

Existem alguns cuidados que devem ser tomados em projetos para utilização do PoE em larga escala, principalmente quando se tem em mente o 4PPoE. Agrupar os cabos de par trançado em feixes provocará um aumento de sua temperatura, proporcional à quantidade de cabos agrupados, corrente transferida (tipo de PoE) e capacidade de dissipação térmica do cabo e do caminho onde o feixe é instalado. Normas começam a surgir (como a ANSI-TIA-184) com orientações sobre projetos com PoE que limitem o aumento de temperatura para além de um limite, o que poderia afetar a capacidade de tráfego de dados dos cabos devido ao aumento de sua atenuação. De uma forma geral, cabos de par trançado com condutores mais grossos (p.ex. 23 AWG), como os usualmente encontrados em cabos de Categoria 6A, permitem maior capacidade de corrente, em feixes maiores, sem grandes aumentos de temperatura.

Outro cuidado é a utilização de conectores modulares (tomadas e plugues modulares “RJ45”) que suportem a desconexão sob carga. Ao forçar a desconexão, por exemplo de um patch cord, sem antes desligarmos o dispositivo alimentado por PoE, pode haver uma faísca que, em repetidas situações, pode danificar os contatos o que, ao longo do tempo, pode levar a problemas na comunicação de dados. Eles devem, portanto, ser testados pelo menos conforme a norma IEC 60512-99-001.

Para concluir, o PoE é uma tecnologia em franco crescimento, que oferece o potencial de alterar a maneira como os dispositivos são conectados e distribuídos nos edifícios comerciais, tornando as instalações mais simples, padronizadas, ágeis e seguras.

Se achou este post útil, compartilhe, encaminhe a alguém que também possa achá-lo útil.

Até a próxima!

Marcelo Barboza, RCDD, DCDC, NTS, ATS, DCS Design
Clarity Treinamentos
marcelo@claritytreinamentos.com.br