Заметки о Power over Ethernet (№2). Сага о контактах.

6 October

Электрохимическая коррозия

Недавно заказчик прислал фотографию разъема устройства защиты ODU Protect, которое было установлено в монтажной коробке IP-камеры. Так как такие устройства он использует, и планирует применять в новых проектах, то беспокойство понятно.

Проблема тут, конечно, не в «некачественных разъемах», а в том, что в разъем попала влага. Причины может быть две: негерметичность (например плохо завернули гермоввод) и конденсат (влажный теплый воздух во время монтажа и конденсация при охлаждении).

На несколько десятков тысяч установленных разъемов это единственный известный нам подобный случай (если не считать еще одного, когда забыли закрыть дверь в уличном шкафу и все залило дождем … контакты инжекторов окислиться не успели – электропитание отключилось раньше).

На фотографии хорошо видно окисление металла на аноде (при передаче PoE методом В минус подается на контакты 7,8). Разъем (в данном случае устройство целиком) надо менять, хотя, может быть удастся его очистить разъем, если контакты не повреждены. Даже после высыхания электролита (ионизированной воды) сопротивление изоляции между контактами упадет, а переходное сопротивление возрастет.
На фотографии хорошо видно окисление металла на аноде (при передаче PoE методом В минус подается на контакты 7,8). Разъем (в данном случае устройство целиком) надо менять, хотя, может быть удастся его очистить разъем, если контакты не повреждены. Даже после высыхания электролита (ионизированной воды) сопротивление изоляции между контактами упадет, а переходное сопротивление возрастет.

Искрение контактов

Напряжение PoE составляет порядка 50 В – немного, но вполне достаточно для образования искры (вспомним аккумулятор автомобиля или телефонную линию). При таком напряжении основную роль играет нелинейность нагрузки (емкость конденсатора фильтра), а также ЭДС самоиндукции кабеля. ЭДС невелика, т.к. пропорциональна индуктивности, т.е. длине кабеля, которая составляет порядка 100м или менее, а также di/dt (т.е. от потребляемого приемником PD тока). Примем как факт, что искрение контактов возможно при отключении вилки из розетки (а при Passive PoE и при включении).

Параметры разъема 8P8C (показан на фото выше)

Разъем 8P8C (8 Position 8 Contact) обычно называют RJ-45. Мы долго выбирали производителя и тип разъема, он если и не лучший, то один из самых лучших, которые можно купить за приемлемую цену. Вместе почитаем datasheet, и обратим внимание на важные моменты.

Разъемы, установленные в  инжекторе PoE и их габаритный чертеж
Разъемы, установленные в инжекторе PoE и их габаритный чертеж

Материал:

1.Материал корпуса – стеклонаполненный, самохатухающий пластик

2. Материал контактов – проволока из фосфористой бронзы. (отличается большим сопротивлением изнашивающим и истирающим усилиям, а также большой химической устойчивостью)

3. Покрытие контактов – никель-золото (технология позволяет получить высокую стойкость к коррозии при толщине слоя золота десятые доли 1 мкм, т.е. на границе длины волны видимого света).

4. Экран – лист из медного сплава, покрытие - никель

Электрические характеристики:

1. Номинальное напряжение – 125 V AC RMS (т.е. среднеквадратичное значение напряжения)

2. Номинальный ток - 1,5 А (непонятно, что производитель имел ввиду – для одного контакта слишком много, вероятнее всего это ток через все контакты – по 4 для каждого направления)

3. Переходное сопротивление контакта, не более – 50 мОм

4. Сопротивление изоляции, не менее – 59 Мом (при 500 V DC)

5. Электрическая прочность изоляции – 1000 V AC RMS, 50 Гц, длительность 1 минута

Прочие характеристики

1. Количество циклов коммутации, не менее, 700

2. Температура хранения: -40 С° +85 С°

3. Температура эксплуатации: -0 С° +70 С°

А вот еще разъемы, которые мы недавно купили на пробу

Заметки о Power over Ethernet (№2). Сага о контактах.

Кабельная вилка крепится к розетке резьбовым соединением, степень защиты – IP 67; температура эксплуатации -40°C +85°C (sic!). Производитель указывает рабочее напряжение 5 Вольт (sic!), ток на контакт 0,1 А. Информации о диапазоне рабочих температур мы не нашли. Особых отличий контактной части от описанного выше разъема мы не заметили.

Штыревые разъемы

Разъем 8p8с (RJ-45) является слабым местом устройств, работающих в условиях низких температур, доступа к нему влажного или загрязненного воздуха и вибрации. Лучшим решением с точки надежности и удобства эксплуатации будут штыревые цилиндрические разъемы, которые широко применяются в сетях INDUSTRIAL ETHERNET. Конструкции с их применением разрабатывает и COMMENG.

Разъемы из каталога Phoenix Contac «Соединители для передачи данных», слева направо: разъемы Cat5/Cat5e под пайку; разъем с кабелем; разъемы M12, 100 Мбит/с и 1 Гбит/с.
Разъемы из каталога Phoenix Contac «Соединители для передачи данных», слева направо: разъемы Cat5/Cat5e под пайку; разъем с кабелем; разъемы M12, 100 Мбит/с и 1 Гбит/с.

Врезные контакты

Контакты IDC (Insulation–Displacement Connector– соединитель, смещающий изоляцию) хорошо знакомы всем, кто занимается телефонией и СКС. Их применение снимает вопрос надежности контактного соединения при подаче PoE. Мне казалось вполне логичным использовать их в нашем оборудовании в исполнении Outdoor (устройствах защиты, репитерах, инжекторах) – где они фактически являются частью инфраструктуры физического уровня и не требуют периодического отключения и включения разъемов.

Репитер Fast Ethernet и устройство защиты производства COMMENG, наиболее распространенные типы врезных контактов.
Репитер Fast Ethernet и устройство защиты производства COMMENG, наиболее распространенные типы врезных контактов.

Большинство наших заказчиков такого убеждения не разделяют, но в ряде случаев без таких контактов не обойтись. В нашей новой разработке – репитер с рабочими температурами до -50 °С, предназначенном для работы не только при перепадах температуры, но и в химически агрессивной среде (морской воздух, сероводород) для подключения кабелей используются именно контакты IDC.

В качестве заключения

Штыревые разъемы и врезные контакты – самые надежные. Самые лучшие 8p8c все равно менее надежны, чем хороший цилиндрический разъем для передачи данных, а очень хорошие и надёжные разъемы RJ-45 (в Германии, например, такие производятся) стоят так дорого, что мы их для серийных изделий даже не рассматриваем.

Что касается разъемов RJ-45, которые мы используем, то мы определили для себя границы оптимальных условий использования:

- температура эксплуатации не ниже -25°С (полностью сохраняются пружинящие свойства проволоки контактов);

- ток не более 350 мА на контакт, что дает возможность при напряжении 48 В подавать в линию до 34 Вт по двум парам и до 67 Вт по 3 парам;

- использование во влажном воздухе недопустимо.

Начало: Заметки о Power over Ethernet. (№1) off-design mode или о пользе (не)чтения технических описаний.

Продолжение: Записки о Power over Ethernet (№3). Passive VS IEEE 802.3 PoE

Мои статьи и доклады на тему Ethernet можно посмотреть ЗДЕСЬ (выбрать «ПУБЛИКАЦИИ»)

Сначала думал назвать «Электротехника наука о контактах, но потом вспомнил сериал BBC 1967 года «Сага о Форсайтах» - когда его показывали по 1 каналу, я учился в 1 или во 2 классе. Взрослые вечером собирались у телевизора, приходили соседи, у которых телевизора не было – и так 26 серий … У нас всяких историй с контактными соединениями Ethernet серий примерно на 5 уже набралось.