Spannungsmessung in Daten­verkabelungen

Datennetzwerke werden immer wichtiger. Waren noch vor einigen Jahren klassische Computernetzwerke die Regel, so kommunizieren mittlerweile immer mehr Geräte der verschiedensten Kategorien über das Internetprotokoll (IP) miteinander. Getrieben wird diese Entwicklung zusätzlich noch vom IoT (Internet of Things) und dem wachsenden Anspruch der Kunden, möglichst von überall auf die entsprechenden Geräte und Systeme zugreifen zu können. Doch welche Auswirkungen hat dies auf die Prüfung und Wartung von Netzwerken?

Auch klassische Komponenten mit Analogtechnik wie Türsprechanlagen, Überwachungskameras und Telefone werden zunehmend von IP-basierten Systeme verdrängt. Eine drahtlose Vernetzung via WLAN kommt oftmals und gerade in Outdoor-Bereichen aus Reichweiten-, Kosten- oder auch Zuverlässigkeitsgründen nicht in Frage, so dass hier regelmäßig drahtbasierte Lösungen auf Ethernet-Basis vorzufinden sind.

Stromversorgung für PoE-Switch und -Injektoren

Da elektronische Gerätschaften nun mal Strom zum Betrieb benötigen, setzt sich die PoE-Technik (Power over Ethernet) mehr und mehr durch. Bei PoE-fähigen Geräten entfällt eine ansonsten zusätzlich notwendige Stromversorgung, indem diese die benötigte elektrische Leistung über das ohnehin schon vorhandene achtadrige Ethernet-Kabel und spezielle PoE-Switche bzw. PoE-Injektoren beziehen.
Die Vorteile dabei: Kosten für separate Netzteile, Leitungen und natürlich deren Installation entfallen. Und die Installation wird insgesamt nicht nur einfacher, sondern auch übersichtlicher und weniger störanfällig. Ein weiterer Vorteil kann oftmals auch sein, dass sich derartige Netze recht einfach gegen Stromausfälle sichern lassen, indem eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) eingesetzt wird, die dann auch den PoE-Switch, beziehungsweise die PoE-Injektoren versorgt.

Teure Ausrüstung oder Baumarkt-Prüfer?

Installateure und Wartungstechniker stellen gerade Netzwerke mit PoE-Komponenten allerdings vor neue Herausforderungen. Zumeist verfügen nur größere und spezialisierte Installationsbetriebe über geeignete Mess- und Zertifizierungsausrüstung, um neu aufgebaute Netzwerke vollumfänglich zu testen und etwaige Fehler aufzuspüren, da derartige Prüfgeräte nach wie vor sehr teuer sind.
Ebenso erfordert die komplexe Bedienung solcher Prüfgeräte in aller Regel den Besuch einer kostenpflichtigen Produktschulung, um überhaupt erst damit arbeiten zu können. Ein wirtschaftlicher Einsatz ist daher für viele Installateure zumeist nicht gegeben, weswegen dann entweder teils überhaupt nicht getestet wird, oder aber ein sehr billiger, reiner Kabelprüfer aus dem Baumarkt zum Einsatz kommt.

Wenn sich Fehler einschleichen

Bild 1: All-in-One-Tester ermöglichen vollständige Prüfungen samt Zusatzfunktionen und PoE-Messungen

Schon beim Aufbau einer gängigen strukturierten Verkabelung nach dem Ethernet-Standard ist es im Grunde und trotz aller Sorgfalt unvermeidlich, dass es praktisch zwangsläufig zu Fehlern kommt. Dazu gehören beispielsweise falsch aufgelegte Adern am Patchfeld oder den Netzwerkdosen, gesplittete Paare, Kurzschlüsse und offene Leitungen durch Kontaktprobleme an den Schneidklemmkontakten. Auch die Kontaktierung des Masseschirms ist an beiden Leitungsenden eine potenzielle Fehlerquelle.

Je umfangreicher eine strukturierte Verkabelung wird, desto höher ist auch die Wahrscheinlichkeit, dass sich derartige Fehler in zunehmender Zahl einschleichen. Werden diese Fehler allerdings nicht erkannt und vor Übergabe der Anlage beseitigt, sind Ärger sowie zeit- und damit kostspielige Nacharbeiten vorprogrammiert.

Gab es in kleineren 10/100 Mbit/s-Netzen immerhin noch eine gewisse vage Hoffnung, dass die Fehler wenigstens in den vier dort nicht benutzten Leitungen des achtadrigen Kabels liegen mögen, so gestaltet sich die Sachlage in Gigabit-Netzwerken und beim Einsatz von PoE-Komponenten deutlich anders, denn dort kommen alle acht Einzeladern zum Einsatz. Das bedeutet allerdings auch, dass bislang unentdeckte Verkabelungsprobleme spätestens beim Einsatz der ersten PoE-Komponente für Probleme sorgen – und dann natürlich sowohl gefunden als auch beseitigt werden müssen.

Verdrahtungstester bei PoE nutzlos

Reine Kabeltestgeräte (so genannte »Verdrahtungstester«) sind in PoE-Umgebungen weitgehend nutzlos. Weder erkennen sie gesplittete Leitungspaare, welche im Betrieb für fehlerhafte Datenübertragungen und eine schlechte Performance sorgen können, geschweige denn können sie feststellen, ob das PoE-Endgerät überhaupt mit Spannung versorgt wird oder die Spannung innerhalb des vorgeschriebenen Bereichs liegt.

Auch ein klassisches Multimeter hilft hier nicht weiter, da heutige PoE-Switche zunächst ihre Umgebung durch das Aufschalten einer geringen Spannung prüfen und dann ihrerseits eine Antwort vom PoE-Verbraucher erwarten aus der hervorgeht, welchem PoE-Standard und damit welcher Leistungsklasse sie angehören. Erst dann schalten sie die entsprechenden Ausgänge frei.

Zu geringe oder schwankende Betriebsspannungen führen aber oftmals zu sporadischen und schwer aufzufindenden Betriebsstörungen bei mit PoE betriebenen Geräten. Die meisten elektronischen Geräte reagieren auf Unterspannung oder einzelne Spannungseinbrüche recht sensibel mit Fehlfunktionen oder im besten Fall wiederholten Restarts. Das kann ausgesprochen lästig oder alternativ auch gefährlich werden, wenn wichtige Systemkomponenten immer wieder unerwartet ausfallen. Nicht selten werden derart »auffällige« Endgeräte dann im Glauben, sie wären defekt, ausgetauscht, nur um danach frustriert festzustellen, dass der Fehler nach wie vor vorhanden ist.

Mangelhafte Leistungsversorgung

Häufige Ursache für Probleme mit PoE-Komponenten ist eine mangelhafte Leistungsversorgung. Wird die zulässige Leistung überschritten, welche ein PoE-Switch oder PoE-Injektor erbringen kann, kommt es zwangsläufig zu Spannungsabfällen oder Abschaltungen wegen Überlast. Diese können – je nach Bauart des PoE-Switches – an einzelnen Ports, Port-Gruppen oder auch an allen Ports gleichzeitig auftreten.
Auch kann, wie bei jedem technischen Gerät, natürlich auch der Switch selber einen Defekt aufweisen. Sicher feststellen lässt sich die Ausfallursache nur, wenn die Verkabelung durchgängig bis zum PoE-Endgerät getestet und vor allem auch die Versorgungsspannung geprüft wird.

Verkabelungsprobleme identifizieren

Bild 2: Das Prüfgerät »Scout Pro 3« findet samt Zubehör Platz im handlichen Koffer

Hierfür eignen sich spezielle Kabelprüfgeräte mit PoE/PoE+-Testfunktion, welche in der Lage sind, sämtliche vorkommenden Verkabelungsprobleme zu erkennen und zu identifizieren, sowie gleichzeitig die PoE-Spannung und -Verdrahtung prüfen können (Bild 1). Mittels eines derartigen Prüfgeräts kann sehr schnell und zuverlässig festgestellt werden, ob auftretende Probleme aus einer fehlerhaften Verkabelung resultieren, Anschlussdosen defekt sind, oder aber aktive Komponenten den Fehler verursachen.

Am Beispiel des kürzlich erschienenen All-in-One-Testers »Scout Pro 3« wird ersichtlich, dass es zwischenzeitlich durchaus auch Prüfgeräte gibt, die einen vollständigen Prüfumfang samt nützlicher Zusatzfunktionen bieten, PoE-Messungen ermöglichen und dabei so erschwinglich in der Anschaffung sind, dass jeder Installateur und Techniker ein solches Gerät in seiner Ausrüstung mitführen und bedienen kann (Bild 2).

Zusätzlich bieten Kabelprüfgeräte der nächsten Generation auch zeitsparende Funktionalitäten wie eine Hub-Blink-Funktion zum einfachen Identifizieren einzelner Ports am Switch und mehrere Remote-Einheiten zur Zuordnung einzelner Kabel ohne zweite Person oder viel Lauferei. Die wichtige Split-Pair-Erkennung, sowie eine übersichtliche und intuitive grafische Darstellung von Verdrahtungsfehlern werden bei solchen Geräten ebenfalls leicht verständlich umgesetzt. Kurzschlüsse und Leitungsunterbrechungen lassen sich orten, zusätzlich kann die Leitungslänge gemessen werden. Letzteres ist auch praktisch, wenn nach erfolgter Installation die insgesamt verlegte Kabellänge ermittelt oder nachgewiesen werden muss.

Die üblichen Fehler vermeiden

Viele gängige Fehler lassen sich im Vorfeld vermeiden: Dazu gehören natürlich die grundsätzlichen Regeln im Umgang mit Datenkabeln, wie z. B. die Einhaltung ausreichender Biegeradien bei der Verlegung und die Vermeidung starker Zug- und Druckbelastungen sowie Knicke. Da in solchen PoE-Systemen aber neben den eigentlichen Datensignalen nun auch noch parallel elektrische Leistungen übertragen werden, welche im Vergleich erheblich größer sind, ist immer auch auf ausreichende Kabelquerschnitte zu achten. Insbesondere bei großen Leitungslängen kommt es ansonsten, speziell bei PoE-Endgeräten mit hohem Leistungsbedarf, zu unerwünschten Spannungsabfällen und Verlustleistungen im Leitungsweg. Dies gilt natürlich ebenso dann, wenn ausgehend von der LAN-Anschlussdose relativ lange Patchkabel benutzt werden, beispielsweise für deckenmontierte WLAN-Access-Points oder Kameras.

Diese Spannungsabfälle können in Kabelbündeln noch deutlich stärker zu Tage treten, wenn die Wärmeabfuhr durch die im Vergleich zum Volumen gegenüber dem Einzelkabel deutlich geringere Oberfläche behindert ist. Mit zunehmender Temperatur steigen parallel dann auch die Leitungswiderstände weiter an.

Da derartige Spannungsverluste letztlich dann erst am eigentlichen Verbraucher, dem PoE-Endgerät, in voller Ausprägung auftreten, ist es ratsam, diese möglichst schon im Vorfeld zu minimieren. Erfassen lassen sich solche zusätzlichen, leitungswiderstandsbedingte Spannungsabfälle zwar durchaus, hierfür ist aber dann wiederum ein höherwertigeres und gleichzeitig teureres Prüfgerät erforderlich, welches eine bestimmte Last am Ende des jeweiligen Kabels simulieren kann. Hierfür eignet sich beispielsweise dann der »VDV Commander« von Klein Tools.

Fazit

Ein solides und für jede Installations- und Servicekraft leicht bedienbares Kabelprüfgerät muss heute nicht mehr teuer sein. Bereits im unteren dreistelligen Bereich stehen inzwischen verschiedene Modelle zur Verfügung, welche sowohl eine sichere Überprüfung neuer Installationen, als auch eine zielgerichtete und rasche Fehleridentifikation ermöglichen.

Im Vergleich zu reinen Kabelprüfern mit ihren sehr eingeschränkten Funktionalitäten, dürfte sich die Anschaffung eines derartigen Prüfgerätes schnell amortisieren. Denn hiermit können auch Elektroinstallateure die immer häufiger vorkommenden PoE-Umgebungen problemlos in Betrieb nehmen, prüfen, im Fehlerfall rasch Instand setzen und ihren Kunden damit einen professionellen Rundumservice samt zusätzlichen Mehrwertdiensten aus einer Hand bieten.

Autor

Korbinian Meier, Leiter Technik, Netpeppers GmbH, Starnberg

Quelle und Bildquelle: www.elektro.net