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    表1中PSE側(cè)輸出功率為端口能夠提供的最大功率，而PD端可獲得的最小功率是根據(jù)直流電壓、不同網(wǎng)絡(luò)線纜（諸如Cat 3、Cat 5、Cat 5e等）造成直流電阻不一樣所能提供給網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備的最小功率，該數(shù)值是對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)中所能規(guī)定的下限值。其中，IEEE 802. 3af對網(wǎng)絡(luò)線纜的最低要求為Cat 3，而IEEE  802. 3at的最低要求為Cat 5。

1.4  Po E供電工作過程

    Po E供電是通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備向網(wǎng)絡(luò)終端供電，其供電工作流程也有一定的準(zhǔn)則，此種準(zhǔn)則亦是在程序軟件實現(xiàn)邏輯控制的基礎(chǔ)。IEEE 802. 3af、IEEE802. 3at二者的供電過程基本一致，此處僅介紹EEE 802. 3af的Po E供電工作過程：

    a．檢測：一開始PSE端口先輸出一個低電壓來檢測受電設(shè)備(PD)是否符合IEEE 802. 3af Po E供電標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802. 3af標(biāo)準(zhǔn)利用受電設(shè)備中的一個24.9 的共模電阻，作為確認(rèn)是否符合IEEE 802.3af供電的標(biāo)準(zhǔn)。

    b．  分級：當(dāng)PSE檢測到符合要求的阻值后，會將輸出電壓進(jìn)一步提高，來對受電設(shè)備進(jìn)行分級，如果受電設(shè)備此時沒有回應(yīng)分級確認(rèn)電流，PSE默認(rèn)將受電設(shè)備歸為0級（有關(guān)設(shè)備分級請參考IEEE802. 3af - 2003的表33 -3），為其提供15.4W的輸出功率。

    c．供電：確認(rèn)分級后，PSE會向受電設(shè)備輸出48 V的直流電，并確認(rèn)受電設(shè)備不超過15.4W的功率要求，當(dāng)受電設(shè)備超載或短路后，PSE停止為其供電，再次進(jìn)入檢測階段。

2  Po E智能互聯(lián)照明系統(tǒng)

2.1LED照明

    LED（Light Emitting Diode）是一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管，利用固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，當(dāng)兩端加上正向電壓，半導(dǎo)體中的載流子發(fā)生復(fù)合發(fā)出過剩的能量，從而引起光子發(fā)射產(chǎn)生可見光。

    隨著LED照明技術(shù)的不斷發(fā)展與突破，LED發(fā)光效率逐步提高，性價比也不斷提升，LED照明產(chǎn)品在電光源領(lǐng)域的應(yīng)用市場正在不斷擴(kuò)大。從諸如“安全出口”、“電梯”、“衛(wèi)生間”等早期的建筑標(biāo)志標(biāo)識到建筑物輪廓照明、室外園林景觀照明，發(fā)展到室內(nèi)照明，包括筒燈、射燈、辦公燈具等，尤其在疏散照明中應(yīng)用更為廣泛、普及。目前LED芯片的光效，從十年前的151m /W呈現(xiàn)約20倍的增長，已經(jīng)超過T5三基色直管熒光燈的光效。未來幾年，LED芯片的光效每年將以20%~25%的速度提升。

    在中國，隨著節(jié)能政策的普及和大家節(jié)能意識的增強(qiáng)，LED照明的應(yīng)用越來越多。2014年6月1日開始實施的GB 50034 - 2013《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》第3.2.2條關(guān)于照明設(shè)計的光源選擇也開始在部分場所推薦采用LED照明。

2.2  LED可見光通信

    可見光通信(Visible Light Communication，VLC)其實就是利用可見光波段的光作為信息載體，無需光纖等有線信道的傳輸介質(zhì)，在空氣中直接傳輸光信號的通信方式。又稱為“光保真技術(shù)”，英文為LightFidelity（簡稱LiFi）。

    因為采用發(fā)光二極管的LED燈比以往的白熾燈、熒光燈可以承受更快的開關(guān)切換速度。通過給LED燈加裝微芯片來實現(xiàn)其每秒數(shù)百萬次的閃爍，其中燈亮代表1、燈滅代表0，由此二進(jìn)制數(shù)據(jù)可快速編碼成數(shù)據(jù)信號，從而進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)傳輸。而LED燈的閃爍頻率對人的眼睛來說是不可見的，只有光敏接收器才能探測到。此時無論是照明還是數(shù)據(jù)傳輸，用戶都不會感受到任何影響。根據(jù)復(fù)旦大學(xué)網(wǎng)站在2013年10月16日發(fā)布的新聞，復(fù)旦大學(xué)遲楠教授帶領(lǐng)的課題組在實驗室創(chuàng)造了M離線最高單向傳輸速率達(dá)到3.7 G．實時系統(tǒng)平均上網(wǎng)速率達(dá)到150M，目前這個傳輸速率不斷在被刷新。

    圖2為可見光通信原理，有關(guān)其具體知識非電氣設(shè)計專業(yè)研究范疇，本文不贅述，若有興趣可參閱相關(guān)資料。

    毋庸置疑，隨著LED技術(shù)的發(fā)展成熟及技術(shù)積淀、價格不斷降低，結(jié)合國家節(jié)能政策，LED依靠耗能低、光效高、工作溫度低、壽命長、體積小等優(yōu)點(diǎn)必將成為下一代節(jié)能照明的主力。結(jié)合可見光通信技術(shù)LED照明將有更進(jìn)一步的發(fā)展。

2.3  Po E智能互聯(lián)照明系統(tǒng)

    LED是低壓直流器件，為了兼容傳統(tǒng)的交流電源，基本上所有的LED照明均采用交流／直流轉(zhuǎn)換器即LED驅(qū)動器將交流電源轉(zhuǎn)換為適合LED照明的低壓直流電源，這一轉(zhuǎn)換過程降低了系統(tǒng)效率�？▋�(nèi)基梅隆大學(xué)(Carnegie Mellon University)的一項研究發(fā)現(xiàn)：在一個約4 400m²的4層辦公建筑中采用LED替代熒光燈，由于每個LED配置AC／DC驅(qū)動器使得系統(tǒng)效率有所下降；與傳統(tǒng)采用交流電為燈具供電相比，直接使用直流電每年可節(jié)省$2 000。如果LED由并網(wǎng)的太陽能電源供電，與交流電相比，使用直流電每年可節(jié)省$5 000。有關(guān)研究的詳細(xì)分析。

    根據(jù)前述的IEEE  802. 3af - 2003、IEEE 802. 3at- 2009標(biāo)準(zhǔn)，以及LED可見光通信技術(shù)，采用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線利用Po E技術(shù)為LED照明提供直流電源并進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊成為可能。此時通過能夠提供Po E的交換機(jī)／集線器作為供電設(shè)備( PSE)，而LED照明燈具則為受電設(shè)備(PD)。

    采用Po E技術(shù)，每個LED照明燈具通過標(biāo)準(zhǔn)的RJ 45接口成為即插即用設(shè)備，并具有獨(dú)立IP地址。另外，若為LED燈具增加傳感器，即可將其從單純的照明設(shè)備轉(zhuǎn)換為智能LED集中器，可收集關(guān)于環(huán)境光、溫度、濕度等等信息并傳回控制器。例如，人員檢測可確保在有人進(jìn)入房間時打開照明，在房間無人時關(guān)閉照明。環(huán)境光傳感器也支持日光收集，以及調(diào)節(jié)LED照明，在沒有日光時維持恒定的亮度。

    目前．Po E照明制造商主要集中在美國及歐洲，  美國有NuLEDs(http:／／www. nuleds. com)、INNOVATIVE LIGHTING (http: //www.innovativelight.com)；歐洲有飛利浦、Netgenium(http:／／www.netgenium. co. uk)。關(guān)于Po E照明投入使用的案例逐漸增多，思科公司在其加拿大多倫多的全球思科萬物互聯(lián)(Intemet of Everything，IOE)創(chuàng)新中心將安裝超過1 200套Po E燈具。使用規(guī)模最大的當(dāng)屬荷蘭阿姆斯特丹德勤大廈，該大廈建筑面積30 000 m²，14層。飛利浦為其提供了6 800套燈具（每套3 000 1m）、2 500個人體感應(yīng)及光線感應(yīng)器（照度可調(diào)0~ 10 000 lx）、750個Po E交換機(jī)、30個空調(diào)集成器、30個樓層控制器和1套Envision Manager中央控制軟件，員工可以通過智能手機(jī)APP對照明和溫度進(jìn)行個性化設(shè)置，從而打造了一個舒適、高效、節(jié)能的未來辦公高科技建筑典范。圖3為飛利浦Po E智能互聯(lián)照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

    Po E智能互聯(lián)照明系統(tǒng)優(yōu)勢如下：

    a．  安全。與常規(guī)燈具采用AC 220V相比，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的Po E直流電壓小于120 V，屬于特低電壓，安裝過程更加安全。此外，根據(jù)1.4節(jié)Po E供電工作過程，只有在與終端設(shè)備建立連接后才輸出正常工作電壓，更加提高了安全性。

    b．高度適應(yīng)未來發(fā)展。LED照明燈（以及相關(guān)的智能傳感器集中器）已經(jīng)安裝到所需的位置，意味著電源和數(shù)據(jù)已經(jīng)連接到大多數(shù)的有用位置。所以，只需較低的邊際成本和相對較低的人力即可增加新傳感器或通信模塊，例如分布式短程無線接入點(diǎn)。

    c．  降低成本、提高工作效率。LED燈具與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備合用，降低支持IP的設(shè)備的部署和安裝成本。由于數(shù)據(jù)和電源共用相同的電纜，降低了布線成本；由于安裝網(wǎng)線不需要有資質(zhì)的電工，所以也降低了安裝成本。標(biāo)準(zhǔn)式接口可以大大提高工作效率。

    d．提高管理效率及綠色節(jié)能。設(shè)施擁有者和管理者可以通過中央控制軟件，整體了解設(shè)施的能源使用情況。通過測量、監(jiān)測和控制網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)（包括加熱和通風(fēng)），管理者能夠發(fā)現(xiàn)提高能源利用率和運(yùn)營效率的機(jī)會。另外，可以結(jié)合人體感應(yīng)器，根據(jù)不同功能區(qū)域要求實現(xiàn)特定管理，節(jié)約能耗。

3 PoE照明在電氣設(shè)計中需注意的問題

    即使PoE照明有以上眾多優(yōu)點(diǎn)，但直流配電相對于常規(guī)交流配電系統(tǒng)仍有一些亟待面對和需要考慮的問題。考慮到IEEE 802. 3at - 2009兼容IEEE802.3af - 2003．本文以表1中IEEE 802. 3at為對象進(jìn)行電氣方面的分析。

3.1PoE供電線路選擇

    在討論后續(xù)電氣設(shè)計相關(guān)問題前，對PoE線纜需作一個要求。隨著網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)量的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)帶寬要求越來越高，從超五類(Cat 5e)的100 MHz.到六類線(Cat 6)的250 MHz，再到在TIA／EIA - 568B.2 - 10標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的超六類(Cat 6 A)的500 MHz．其各項性能參數(shù)都得到了顯著提升，從而提供更高的傳輸速率，滿足未來網(wǎng)絡(luò)升級需求。

    鑒于一般辦公網(wǎng)絡(luò)需求，本文以非屏蔽Cat 6（后簡稱Cat 6）作為PoE線纜來進(jìn)行后續(xù)探討。筆者查閱了施耐德、美國百通(Belden)的Cat 6技術(shù)參數(shù)，導(dǎo)線采用美國線規(guī)23 AWG實心裸銅線，其對應(yīng)的公制外徑為0. 57 mm，導(dǎo)體直流電阻為7.2~7.4／100m．為便于統(tǒng)一直流電阻按7.5 Q／100m考慮，滿足ANSI／TIA - 568 -C．2- 2009《Banlanced Twisted - Pair Telecommunications  Cabling  and Componets Standards》第6.4.1條導(dǎo)體直流電阻不大于9. 38 ／100 m的要求。更為詳細(xì)的線纜電氣特性，請參閱YD/T 1019 - 2013《數(shù)字通信用聚烯烴絕緣水平對絞電纜》第5.9條表13。

3.2  PoE供電線路保護(hù)

    據(jù)前述1.3節(jié)內(nèi)容，供電端設(shè)備(PSE)之前仍為交流配電回路，其線路保護(hù)按照常規(guī)設(shè)計進(jìn)行。供電端設(shè)備(PSE)后為直流配電，其電流路徑為供電端設(shè)備( PSE)、網(wǎng)絡(luò)布線Cat 6、受電設(shè)備(PD)。對于直流配電回路也應(yīng)考慮電纜載流量．過載、短路及接地等保護(hù)措施。

3.2.1線纜載流量、溫升

    Cat 6的單芯銅導(dǎo)體外徑為0.57 mm、截面積為0. 255mm²,絕緣層基本采用聚烯烴。無論是采用方式1或方式2均為2對雙絞線即4根導(dǎo)體作為直流正、負(fù)極電流通路，因此導(dǎo)體截面積為0.51mm²。參照《工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊》（第三版）表9 - 30中數(shù)據(jù)，在環(huán)境溫度40℃時載流量為8A，由于表中數(shù)據(jù)為明敷，考慮網(wǎng)線有外護(hù)套及成束敷設(shè)，校正系數(shù)按表9 - 21中單層敷設(shè)在墻、地板或無孔托盤上（序號2）最差情況0.7考慮，其載流量為5.6 A。但根據(jù)表l，最大工作電流為600 m A，因此采用PoE供電時，線纜的載流量可以滿足要求。另外，根據(jù)IEC 60603 -7  Edition 3.1 2011《Detail specificationfor 8- way,  Unshielded,  Free and Fixed Connectors》第6.4.3條對8P8C(8 Position，8 Contact)即RJ45連接器的通流能力要求在環(huán)境溫度不超過40℃時約為1.5 A，同樣可以保證線纜不會出現(xiàn)過載。

    關(guān)于因傳輸直流電不同于傳輸網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)導(dǎo)致線纜溫升的相關(guān)數(shù)據(jù)，更多信息可參閱TIA - TSB - 184 - 2009《Guidelines For Supporting Power Delivery Over Balanced Twisted - pair Cabling》,此處不再贅述。

3.2.2過載、短路及接地故障保護(hù)

    上述故障基本都表現(xiàn)為其故障電流與正常工作電流不一致，故IEEE 802, 3at - 2009第33.2.7.6條、第33.2.7.7條對出現(xiàn)非正常工作電流后，在約定的時間內(nèi)供電端設(shè)備(PSE)將停止供電。該機(jī)制是對PSE設(shè)備的要求，確保設(shè)備正常工作，其運(yùn)行電流模型參見IEEE  802. 3at - 2009圖33 -14，如圖4所示。

3.3供電距離

    采用PoE供電直流回路電阻為7.5 ／100 m（單根單體為7.5 ／100 m，每對雙絞線并聯(lián)，供、回共200 m），如按最大600 m A電流考慮，同時根據(jù)GB 50311- 2007《綜合布線系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范》第3.2.3條要求水平布線的永久鏈路一般不超過90 m，則全部線路電壓降為7.5×0.6×0.9=4. 05 V，PSE端輸出為50~ 57 V，此時提供給PD的直流電壓最小為

45. 95~ 52. 95 V。若運(yùn)行電流降低，線路壓降減小，相應(yīng)PD端電壓則可以提高。因此，采用Cat 6在常規(guī)綜合布線情況下，可以滿足電壓降的需要。有關(guān)電壓降數(shù)據(jù)。

3.4應(yīng)急照明設(shè)計

    LED照明以其高亮度、低功耗、壽命長、安全電壓供電等諸多優(yōu)勢，成為應(yīng)急照明產(chǎn)品的首選，受到越來越多的青睞。采用Po E供電及通訊的應(yīng)急照明系統(tǒng)，不但可以取消獨(dú)立設(shè)置的通訊線簡化系統(tǒng)，還可以通過定位引導(dǎo)功能幫助消防人員及早進(jìn)入火災(zāi)現(xiàn)場，降低損失。但對于Po E供電的應(yīng)急照明系統(tǒng)，也應(yīng)注意以下問題：

    a．供電距離相對較近，會導(dǎo)致PSE不能設(shè)置于強(qiáng)電間，而置于開放式區(qū)域的防火問題需要加以解決的措施。

    b．  目前還未有阻燃耐火的網(wǎng)絡(luò)線纜，需單獨(dú)設(shè)置耐火線槽、線管采取暗敷或噴涂防火涂料等防火措施。

    c．Po E終端燈具需要通過國家消防電子產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心型式試驗和公安部消防產(chǎn)品合格評定中心的認(rèn)證，并取得相關(guān)報告與證書。

3.5防雷保護(hù)

    若Po E供電系統(tǒng)實際應(yīng)用中，出現(xiàn)PSE與PD處于不同防雷區(qū)，需要考慮對雷電感應(yīng)與雷電波侵入的防護(hù)，必須在PD與PSE連接的信號線接口處加裝相應(yīng)的防雷裝置，避免感應(yīng)雷電流和雷電波對設(shè)備造成損壞。

4結(jié)語

    LED的出現(xiàn)為建筑照明節(jié)能的提升提供了可能和保障，其技術(shù)的發(fā)展必將引導(dǎo)未來照明前進(jìn)的方向。而Po E的直流供電和網(wǎng)絡(luò)控制的照明系統(tǒng)，則為其更加可能顛覆傳統(tǒng)照明及其控制技術(shù)提供了動力。由于Po E供電技術(shù)應(yīng)用于照明系統(tǒng)還處于剛剛起步階段，部分還處于技術(shù)研究階段。筆者拋磚引玉，希望與廣大同行、相關(guān)研究人員展開討論。限于水平，不足之處懇請批評指正。