Power over Ethernet im Fokus der Niederspannungs-Installationsnorm (NIN)

Mit Power over Ethernet (PoE) können Daten und elektrische Energie über dasselbe Kabel übertragen werden. Weil sich die Technologie weiterentwickelt und die Stromstärken zunehmen und um die Sicherheit und Normenkonformität der Installationen zu gewährleisten, wurde PoE nun in die NIN integriert.

Text: Beat Schenk, Electrosuisse

Bilder: Electrosuisse / R&M

Die NIN 2025 bringt ein Thema auf das Tapet, das man im ersten Moment wohl nicht bei Starkstromanlagen ansiedeln würde: Unter dem Titel «7.16 Kleinspannungs-Gleichstrom-Energieverteilung über Informations- und Kommunikationskabel und -leitungen (ICT)» hält ein Bereich der universellen Kommunikationsverkabelung Einzug in die Niederspannungs-Installationsnorm.

Was bedeutet Power over Ethernet?

Power over Ethernet (PoE) ist eine Technologie, die es ermöglicht, sowohl Daten als auch elektrische Energie über ein einziges Ethernet-Kabel zu übertragen. Dies wird durch die Verwendung von Netzwerkkabeln und -geräten erreicht, die sowohl für die Datenkommunikation als auch für die Stromversorgung ausgelegt sind (Bild 1). Die PoE-Technologie erfordert in der Regel symmetrische Kupferkabel, die in standardisierten Ethernet-Verbindungen z.B. der Kategorien 5e, 6, 6A, 7, 7A eingesetzt werden. Die Stromversorgung erfolgt über die Pins des RJ45-Steckers, wobei entweder je vier Drähte für die Stromversorgung (Hin- und Rückleitung) und für die Datenübertragung genutzt werden oder wie bei 802.3bt alle acht für beide Zwecke (Bild 2).

Warum taucht das Thema nun in der NIN auf?

Die Integration von PoE in die Niederspannungs-Installationsnorm (NIN) ist auf die Weiterentwicklung der Technologie und die damit verbundenen höheren Stromstärken zurückzuführen. Da PoE-Installationen nun häufig Ströme über 2 A transportieren, fallen sie unter die Bestimmungen der Niederspannungs-Installationsverordnung (NIV). In der NIN wurde daher das neue Kapitel 7.16 eingeführt, das sich speziell mit der Kleinspannungs-Gleichstrom-Energieverteilung über Informations- und Kommunikationskabel befasst.

Diese Anpassungen sind notwendig, um die Sicherheit und Normenkonformität der Installationen zu gewährleisten. Sie stellen sicher, dass Installationen den spezifischen Anforderungen entsprechen, z. B. der Begrenzung der Spannung auf maximal 60 V DC in trockenen Räumen und 15  V  DC in allen anderen Räumen, und sie garantieren den Einsatz von Schutzmassnahmen wie SELV (Safety Extra Low Voltage) oder PELV (Protective Extra Low Voltage).

Auswahl und Errichtung von PoE-Installationen

Bei der Planung und Installation von PoE-Systemen müssen Elektroinstallateure verschiedene bekannte Aspekte auf neue Weise berücksichtigen, um die Sicherheit und Funktionalität von Anlagen zu gewährleisten:

1. Kabelwahl

Es müssen mindestens Kabel der Kategorie 5 verwendet werden. Höherwertige Kabel (z.B. Kategorie 6A, 7, 7A) bieten jedoch Vorteile wie geringere Dämpfung und höhere Übertragungsraten, was insbesondere bei längeren Kabelstrecken oder höheren Leistungsanforderungen ins Gewicht fällt.

2. Stromstärke und Erwärmung

Die maximal zulässige Stromstärke pro Leiter bei PoE-Installationen beträgt 500 mA. Eine Übertragung von hohen Strömen kann zu einer unzulässigen Erwärmung der Kabel führen, was einerseits die Leistung der Datenübertragung beeinträchtigen und anderseits die Sicherheit gefährden kann. Daher ist eine sorgfältige Dimensionierung der Kabel erforderlich.

UKV-Kabel werden meist von zentralen Racks aus sternförmig in Gebäuden oder Stockwerken verteilt, wobei die Kabelbäume in der Nähe der Netzwerkzentralen oft zu Bündeln zusammengefasst werden. Befinden sich viele PoE-Leitungen in einem Bündel, können sich die Kabel aufgrund ihrer Belastung gegenseitig aufheizen, und es kann ein Wärmestau entstehen. Eine umsichtige Planung und Verlegung von UKV-Kabeln beinhaltet somit nebst der sauberen Ordnungstrennung auch die Beachtung der Strombelastbarkeit.

3. Schutzmassnahmen

Zur Vermeidung von elektrischem Schlag sind die Schutzmassnahmen SELV oder PELV erforderlich. Diese Systeme begrenzen die Spannung auf ein sicheres Niveau und verhindern, dass sie durch Fehler oder Kurzschlüsse in einen gefährlichen Bereich ansteigt.

Sicher und normengerecht planen, errichten und prüfen

Für eine sichere und normenkonforme Planung und Errichtung von PoE-Installationen sollten Elektroinstallateure die folgenden Schritte beachten:

1. Planung

Die Auswahl der richtigen Kabeltypen und der zugehörigen Hardware ist entscheidend. Hierbei müssen sowohl die Anforderungen an die Datenübertragung als auch an die Stromversorgung berücksichtigt werden. Zudem ist die Umgebungstemperatur zu berücksichtigen, da sie die Erwärmung der Kabel beeinflussen kann.

Für die Planung bieten Kabelhersteller hinsichtlich der Strombelastbarkeit und Erwärmung von UKV-Kabeln nützliche Instrumente an, z.B. das Kabelberechnungstool von R&M.

Wie Bild 3 zeigt, ist die Häufung in der Nähe von Netzwerkzentralen am stärksten. Es lohnt sich daher, Serverräume und UKV-Zentralen hinsichtlich des Platzbedarfs grosszügig zu planen, zu belüften oder gegebenenfalls zu klimatisieren. Alle Komponenten der UKV-Installation tragen ihren Teil zur Umgebungs- bzw. Raumtemperatur bei. Deshalb ist bei der Auswahl von Switches, Routern, Servern und USV-Anlagen das Temperaturmanagement eine wichtige Voraussetzung für einen reibungslosen Betrieb im Normal- wie im Störungsfall. Zudem kann es die Lebensdauer einer Anlage erheblich verlängern.

2. Errichtung

Die Normierung hat die Anforderungen, die PoE an die Gebäudeverkabelung stellt, in den sogenannten Fernspeisungskategorien (RP–RP3) definiert. Zur Wahrung der Zukunftssicherheit empfehlen die Normen die Einhaltung der höchsten Stufe: RP3. Während der Installation einer Anlage muss sichergestellt werden, dass die PoE-spezifischen Planungsgrundlagen eingehalten, die Kabel korrekt verlegt und die Verbindungen sicher hergestellt werden. Hierzu gehören auch die korrekte Abschirmung und die Ordnungstrennung der Kabel, um elektromagnetische Störungen zu minimieren. Eine erhöhte Aufmerksamkeit für die besonderen Herausforderungen bei grossen und komplexen PoE-Anlagen kann aufwändige Nachbesserungsarbeiten verhindern.

3. Prüfung

Nach der Installation sollten die PoE-Komponenten auf ihre Funktionalität und Sicherheit geprüft werden, was im Wesentlichen bereits durch eine Prüfung der Auswahl der Komponenten sichergestellt wird. Neuralgische Punkte und insbesondere Wärmestaus können mit Wärmebildgeräten gefunden werden. Werden die genannten Punkte bei der Errichtung beachtet, können PoE-Installationen bei Verwendung von dafür optimierten Verkabelungskomponenten über eine lange Dauer sicher und effizient und zur Zufriedenheit der Kunden betrieben werden.

Schlussfolgerung

Die zunehmende Verbreitung und Weiterentwicklung der PoE-Technologie und die entsprechenden Anpassungen in der NIN konfrontieren Elektroinstallateure mit neuen Anforderungen. Durch eine sorgfältige Planung, Installation und Prüfung können die Sicherheit und Effizienz von PoE-Installationen gewährleistet werden. Die neuen Richtlinien in der NIN bieten hier eine wertvolle Orientierungshilfe.