DC-Widerstandsunsymmetrie

Was ist die DC-Widerstandsunsymmetrie — und warum fällt sie erst auf, wenn PoE dazukommt?

Die beiden Adern eines Paars sollen denselben Gleichstromwiderstand haben. Die DC-Widerstandsunsymmetrie gibt an, wie weit sie davon abweichen — angegeben als Prozentsatz des Schleifenwiderstands oder als Absolutwert in Ohm. Dieselbe Größe gibt es ein zweites Mal auf einer Ebene darüber: als Abweichung zwischen den vier Paaren eines Kabels.

In einem Netzwerkkabel liegen acht Adern, die eigentlich alle gleich sein sollten. Sind sie es nicht ganz, macht das für die Daten allein keinen Unterschied. Sobald aber über dasselbe Kabel auch Strom zum Gerät fließt — für eine Kamera, einen Access Point, ein Bedienpanel —, teilt sich dieser Strom ungleichmäßig auf. Ab einer gewissen Ungleichheit stört das die Datenübertragung, und zwar erst dann, wenn das Gerät wirklich Leistung zieht. Das ist der Grund für einen berüchtigten Fehlertyp: Die Strecke ist gemessen, geprüft und in Ordnung — und das Gerät fällt trotzdem sporadisch aus, sobald es arbeitet.

Ausführliche Erklärung

Bei der Fernspeisung über Datenleitungen wird der Strom nicht auf eine eigene Ader gelegt, sondern gleichsinnig über beide Adern eines Paars geführt und über ein zweites Paar zurückgeholt. Aus Sicht der Datenübertragung ist das ein Gleichtaktvorgang und damit unsichtbar: Der Übertrager an jedem Ende koppelt nur die Differenz aus, und die Gleichtaktkomponente bleibt außen vor.

Diese Unsichtbarkeit hat eine Voraussetzung. Der Strom verteilt sich auf die beiden Adern eines Paars im umgekehrten Verhältnis ihrer Widerstände. Sind beide gleich, fließt in jeder die Hälfte, und im Übertrager heben sich die beiden Magnetflüsse gegenseitig auf. Sind sie verschieden, fließt in der widerstandsärmeren Ader mehr, und die Differenz erzeugt im Kern des Übertragers einen resultierenden Gleichfluss. Wird der zu groß, gerät der Kern in die Sättigung — seine Induktivität bricht ein, und die Übertragung der Nutzsignale verschlechtert sich, bis Pakete verloren gehen.

Der zweite Schaden ist thermisch und weniger dramatisch: Eine Ader, die mehr Strom führt, erwärmt sich stärker, und der Kupferwiderstand steigt mit der Temperatur. Bei hohen Speiseklassen in dicht belegten Bündeln addiert sich das über die Länge.

Die Grenzwerte

Die Verkabelungsnormung setzt zwei Werte an, jeweils als „höchstens X Prozent oder Y Ohm, je nachdem, was größer ist":

Größe	Grenzwert	Was daraus folgt
innerhalb eines Paars	3 % des Schleifenwiderstands bzw. 0,20 Ω	Der schärfere der beiden Werte und der, an dem Strecken durchfallen. Bei kurzen Strecken greift die absolute Grenze, weil 3 % von wenigen Ohm sehr wenig sind — der Kontaktwiderstand einer einzigen schlechten Klemmstelle reicht dafür aus.
zwischen den Paaren	7 % bzw. 0,20 Ω	Betrifft die Aufteilung bei Speisung über alle vier Paare. Fällt dieser Wert durch, während der Wert innerhalb der Paare gut ist, liegt die Ursache meist im Kabel und nicht in der Terminierung.

Für die Fernspeisung hat die Normung 2020 einen eigenen Nachtrag herausgegeben, der die Anforderungen für alle Klassen von Kategorie 5e bis 8 festschreibt.

Woher die Unsymmetrie kommt

Ein neues, sortenreines Kabel bringt die Grenzwerte mit — die Aderfertigung ist genau genug. Die Abweichungen entstehen fast immer an den Enden und an den Übergängen:

Anschlussstellen. Eine Ader, die in der Schneidklemme nicht sauber sitzt, hat einen um Bruchteile eines Ohm höheren Übergangswiderstand. Für die Durchgangsprüfung ist das nichts, für die 0,20-Ohm-Grenze ist es alles.
Gemischte Leitermaterialien. Kupferbeschichtetes Aluminium hat einen deutlich höheren Widerstand je Meter als Vollkupfer; wird in einer Strecke gemischt oder eine Ader ersetzt, verschiebt sich das Verhältnis sofort.
Beschädigte Adern. Ein angeschnittener Leiter unter der Isolation bleibt elektrisch durchgängig und hat einen erhöhten Widerstand — der klassische Befund nach dem Abmanteln mit zu tief eingestelltem Messer.
Zu viele Kupplungen. Jede Verbindungsstelle bringt Übergangswiderstände mit, und sie addieren sich nicht symmetrisch.

Was sie von TCL unterscheidet

Beide Größen heißen nach Symmetrie und meinen Verschiedenes. TCL bewertet die Symmetrie im Hochfrequenzbereich und ist eine Kabeleigenschaft, die im Labor gemessen wird. Die DC-Widerstandsunsymmetrie ist eine Gleichstromgröße, entsteht überwiegend bei der Montage — und lässt sich mit einem Zertifizierungstester auf der Baustelle messen. Für die Bauabnahme ist sie damit die praktisch wichtigere der beiden.

Häufiges Missverständnis

„Die Strecke ist zertifiziert, also ist sie für PoE geeignet." Das stimmt für Zertifizierungen, die den Wert mitgemessen haben — und viele ältere Abnahmen haben das nicht getan, weil die Größe erst mit der Verbreitung der Fernspeisung in die Prüfumfänge kam. Eine Abnahme aus der Zeit davor sagt über die Stromtauglichkeit der Strecke nichts aus, selbst wenn sie alle Hochfrequenzgrößen mit Reserve bestanden hat.

Ebenso naheliegend und ebenso falsch: der Schluss vom Symptom auf die Ursache. Wenn ein gespeistes Gerät sporadisch die Verbindung verliert, sucht man gewöhnlich beim Gerät, beim Switch oder beim Netzteil — also dort, wo etwas aktiv ist. Der Fehler sitzt aber in der passiven Strecke und zeigt sich nur unter Last, weil er ohne Stromfluss gar nicht existiert. Wer das nicht auf dem Schirm hat, tauscht zwei Geräte, bevor er misst.

Nicht zu verwechseln mit

Schleifenwiderstand: Die Summe beider Adern eines Paars. Er begrenzt die einspeisbare Leistung; die Unsymmetrie ist die Differenz und begrenzt die Datenverträglichkeit.
TCL: Symmetrie bei hohen Frequenzen, Laborgröße, Kabeleigenschaft.
Laufzeitdifferenz: Unterschied in der Signallaufzeit zwischen den Paaren. Betrifft die parallele Übertragung, nicht die Speisung.
Einfügedämpfung: Verlust des Nutzsignals über die Strecke, ohne Bezug zur Stromverteilung.

Typischer Fehler

In einem Neubau werden acht Access Points und vier Bedienpanels über PoE versorgt. Die Verkabelung wurde vor zwei Jahren abgenommen, alle Strecken sind protokolliert und in Ordnung. Nach der Inbetriebnahme fallen zwei Access Points im Tagesbetrieb sporadisch aus — nachts nie.

Zu klären ist zuerst, ob hier ein Datenproblem oder ein Speisungsproblem vorliegt. Die Tageszeit ist dabei der Hinweis, der die Frage schon halb beantwortet: Nachts arbeiten die Geräte kaum und ziehen wenig Strom. Ein Fehler, der mit der Last kommt, sitzt nicht in der Bandbreite.

Nachgesehen wird deshalb erst im Aktenordner. Das Abnahmeprotokoll wird darauf geprüft, ob die Widerstandsunsymmetrie überhaupt im Prüfumfang war — fehlt sie, ist die Strecke für die Fernspeisung ungeprüft, und die Messung wird nachgeholt. Fällt sie durch, wird sie eingegrenzt: Der Vergleich zwischen Permanent Link und Channel trennt die feste Strecke von den Rangierkabeln, und die Terminierungen werden neu aufgelegt, bevor irgendein Kabel getauscht wird. Erst wenn beide Enden sauber sind und der Wert bleibt, ist das Kabel selbst der Verdächtige.

Zuletzt das Gerät, und dort bleibt eine Frage: In welcher Speiseklasse arbeiten die Access Points? Je höher die Klasse, desto kleiner die Reserve — dieselbe Strecke, die eine ältere Kamera klaglos versorgt, kann an einem leistungshungrigeren Gerät scheitern.

Verknüpfte Inhalte

Wie die Speisung über dieselben Adern überhaupt funktioniert, steht bei PoE; welche Streckenabschnitte eine Messung erfasst, bei Permanent Link und Channel. Warum kupferbeschichtetes Aluminium hier zum Problem wird, behandelt der Eintrag zu CCA, und was beim Auflegen schiefgehen kann, die Schneidklemmtechnik.

Quellen

Definition, Grenzwerte und die Zuordnung zur TIA-568.2-Reihe samt Nachtrag für die Fernspeisung stammen aus der Dokumentation der Verkabelungsmesstechnik, die die Größe als Feldmessgröße führt. Der Normtext selbst ist kostenpflichtig und wurde nicht eingesehen; der Vorbehalt oben gilt für alle genannten Zahlen.