Những thông tin không chính xác về mức suy hao năng lượng trên cáp đồng đôi xoắn có thể khiến nhà sản xuất thiết bị ngần ngại tập trung đầu tư vào thị trường PoE.
PoE (Power over Ethernet) là một công nghệ kết nối Ethernet tự cấp nguồn, sử dụng khả năng sẵn có của các kết nối cáp đồng đôi xoắn để truyền tải cả dữ liệu và nguồn năng lượng cho các thiết bị thông qua một sợi cáp duy nhất.
Dễ hiểu tại sao nhiều ứng dụng hiện nay để tâm đến PoE, bởi những ưu điểm nổi bật của công nghệ này. PoE giúp giảm thiểu số dây cáp điện, đơn giản hóa việc thi công lắp đặt mạng và tối ưu hóa việc quản lý năng lượng. Ngoài ra, PoE còn hứa hẹn nhiều lợi ích khác về mặt chi phí, độ linh hoạt và sự hiệu quả.
Tuy nhiên, nhiều người quan niệm rằng kích thước lõi của dây cáp mạng thường mỏng hơn dây cáp nguồn; khối lượng đồng trong dây cáp mạng cũng ít hơn so với cáp nguồn. Nếu vậy, mức suy hao năng lượng của PoE sẽ cao hơn. Đây là một hiểu nhầm thường gặp về mức độ suy hao của cáp trong công nghệ PoE. Việc bỏ qua thông số suy hao tối đa cho phép theo tiêu chuẩn IEEE 802.3 góp phần làm tăng thêm sự nhầm lẫn này. Để đánh giá đúng thông số suy hao của cáp trong PoE đòi hỏi phải hiểu biết sâu sắc về cơ chế hoạt động của PoE và tiêu chuẩn IEEE 802.3. Thực tế, thông số suy hao năng lượng trong hệ thống PoE thấp hơn rất nhiều.
Khối lượng đồng là bao nhiêu?
Khối lượng đồng trong dây cáp mạng là bao nhiêu, và bao nhiêu trong số đó tạo ra điện năng? Đó là những câu hỏi thường gặp bởi khối lượng đồng trong dây dẫn sẽ liên quan đến điện trở của dây và lượng điện năng bị suy hao trên dây dẫn theo định luật Ohm.
Mỗi lõi đồng trong sợi cáp mạng thường được cho là có chứa ít đồng, nhưng thực tế lại rất nhiều. Một sợi cáp mạng sẽ bao gồm tám lõi đồng, được xoắn với nhau theo từng cặp, tạo thành bốn cặp dây xoắn. Theo tiêu chuẩn IEEE 802.3, PoE sẽ sử dụng hai đôi dây trong số bốn đôi dây của sợi cáp mạng để truyền tải điện năng đến các thiết bị, và lượng điện năng cho phép có thể lên đến 22.5W. Phiên bản mới được phát triển (IEEE P802.3bt) sẽ ra mắt trong năm 2018 giúp xác định cơ chế hoạt động của PoE trên cả bốn đôi dây của sợi cáp mạng. Điều này có nghĩa là 100% lượng đồng trong sợi cáp mạng đều được sử dụng để dẫn điện trong hệ thống PoE. Nhưng trong cáp điện, chỉ 66% lượng đồng được dùng để dẫn điện.
Như hình bên thể hiện cấu trúc bên trong của một sợi cáp điện và một sợi cáp mạng điển hình có kích thước lõi đồng khác nhau. Để có thể so sánh chính xác lượng đồng có trong sợi cáp mạng thì phải kết hợp bốn lõi đồng lại và xem xét như một lõi đồng đơn có kích thước tương ứng. Chẳng hạn như bốn lõi đồng của một sợi cáp mạng 24 AWG tương đương với một lõi đồng 1 mm2, trong khi đó sợi cáp mạng có kích thước 22 AWG sẽ tương đương 1,3 mm2.
Tiềm năng và thực tế của suy hao
Với điều kiện giới hạn khả năng tương tác hỗ trợ bởi chuẩn IEEE 802.3, mức suy hao của cáp thường thấy là 15%. Vận hành tại mức 90W thì mức suy hao này có thể là 20%. Tuy nhiên, những con số này chỉ thể hiện trong các điều kiện mà khả năng tương tác và vận hành đảm bảo đúng theo chuẩn. Tiêu chuẩn IEEE 802.3 có quy định cụ thể mức điện trở một chiều (DC) tối đa của một mạch lặp là 12,5 Ω áp dụng cho nhiều loại cáp.
Điện trở của cáp trên thực tế sẽ thấp hơn, do đó mức suy hao thực tế cũng thấp hơn rất nhiều so với trường hợp tệ nhất có thể xảy ra. Suy hao thực tế của cáp bị ảnh hưởng bởi điện trở một chiều, độ dài cáp, điện áp của thiết bị cấp nguồn (PSE - Power Sourcing Equipment) và yêu cầu của thiết bị được cấp nguồn (PD – Powered Device). Đa phần các thiết bị PD có mức tiêu thụ điện cố định. Nếu điện áp của thiết bị PSE cao hơn, dòng điện cấp cho thiết bị sẽ thấp hơn làm ảnh hưởng đến mức suy hao năng lượng của cáp.
Hiệu suất của toàn bộ hệ thống PoE, bao gồm nhiều thiết bị PSE, PD và các sợi cáp kết nối giữa chúng, được xác định bởi tổng các suy hao của cáp. Tổng các suy hao của cáp là tổng số năng lượng bị mất đi trên mỗi sợi cáp, so với tổng số năng lượng được phát đi. Trong hệ thống sẽ có nhiều sợi cáp với độ dài khác nhau, do đó hiệu suất chung của hệ thống sẽ hiệu quả hơn so với hiệu suất của một kết nối cáp dài nhất trong hệ thống. Ví dụ, trong hệ thống đèn chiếu sáng LED sử dụng PoE với các dây cáp ngắn, tổng tiêu hao cáp được tính toán là 0,5%, theo nghiên cứu ghi nhận tháng 6/2017 trong báo cáo của Tổ chức Ethernet Alliance. Thậm chí trong hệ thống đèn LED PoE rất lớn thì mức suy hao cáp cũng chỉ là 2%, so với 7% dự kiến cho trường hợp xấu nhất có thể xảy ra trong hệ thống tương tự.
PoE thường được xem như hệ thống có mức suy hao cao, xuất phát từ việc hiểu nhầm cáp mạng có khối lượng đồng ít, có điện trở một chiều cao và thiếu diễn giải về các chỉ số hoạt động theo tiêu chuẩn IEEE 802.3. Mặc dù tiêu chuẩn này đảm bảo vận hành tốt, thậm chí là với cáp có điện trở cao, thì cũng không nên xem là đại diện cho hiệu suất điển hình.
Thực tế, cáp mạng chứa nhiều đồng bởi có nhiều dây dẫn bên trong, do đó mức suy hao của PoE ít hơn so với mức mọi người thường nghĩ, trong cả những trường hợp xấu nhất. Mức suy hao tối đa cho phép trong tiêu chuẩn IEEE 802.3 không phản ánh hiệu suất thực sự của hệ thống.
Các ứng dụng của PoE ngày càng được mở rộng với sự gia tăng các thiết bị tự động trong nhà, hệ thống đèn LED, xu hướng vạn vật kết nối mạng (IoT), và cùng với sự cải tiến trong tiêu chuẩn Ethernet IEEE 802.3. Các nhà sản xuất thiết bị không nên để những hiểu nhầm về mức suy hao của cáp ảnh hưởng đến chi phí, độ hiệu quả và tính linh hoạt mà hệ thống PoE hứa hẹn mang đến cho những thiết bị kết nối của mình.
Chương trình chứng nhận PoE
Tổ chức Ethernet Alliance đưa ra chương trình chứng nhận PoE vào năm 2017. Theo đó, chương trình cho phép các thiết bị đáp ứng tiêu chuẩn PoE IEEE 802.3 dễ dàng trao đổi và hoạt động cùng nhau. Trong chương trình này, các nhà sản xuất thiết bị cấp nguồn và thiết bị được cấp nguồn có thể gửi sản phẩm hỗ trợ PoE đến Alliance để kiểm tra và chứng nhận, Doanh nghiệp cũng có thể tự kiểm tra bằng các thiết bị đã được tổ chức Alliance phê duyệt hoặc thực hiện việc kiểm tra tại phòng thí nghiệm của trường Đại học New Hampshire (UNH-IOL). Nếu đạt yêu cầu, nhà cung cấp sẽ được ủy quyền sử dụng logo chứng nhận của Ethernet Alliance và được quyền đăng ký các sản phẩm PoE đã chứng nhận.
Nguyễn Văn Đông Minh
Theo Cablinginstall
