PoEの仕組みと規格・電力の違い

PoEとは？LANケーブルで通信と給電を行う仕組み

PoEは、LANケーブルを使ってネットワーク通信と電力供給を同時に行う技術です。例えば、ネットワークカメラには、撮影した映像をネットワークへ送るための通信と、カメラ自体を動かすための電力が必要です。通常の電源アダプターを使う構成では、LANケーブルとは別に電源の配線が必要になります。

一方、PoE対応カメラであれば、PoEスイッチなどからLANケーブルを通して電力を受け取れるため、通信と給電を1本のケーブルにまとめることができます。PoEは、次のような機器で利用されています。

PoEで通信と電力を送る仕組み

PoEでは、電力を送る機器と、電力を受け取る機器をLANケーブルで接続します。例えば、PoEスイッチと無線アクセスポイントを接続すると、次のような構成になります。

PoEによる給電の例

電源コンセント

PoEスイッチ自体を動作させるための電力を供給します。

PoEスイッチ（給電側）

ネットワークの通信データとともに、LANケーブルへ電力を送ります。

LANケーブル

通信データ：双方向に送受信電力：PoEスイッチから接続先の機器へ供給

PoE対応アクセスポイント（受電側）

LANケーブルから電力を受け取り、無線アクセスポイントとして動作します。

このように、PoEでは通信と電力を同じLANケーブルで伝送します。ただし、PoEは電源を必要としない技術ではありません。給電元のPoEスイッチやインジェクターには、コンセントなどから電力を供給する必要があります。

PoEで使う給電機器と受電機器

PoEでは、電力を送る側を「PSE」、電力を受け取る側を「PD」と呼びます。

PSEとして使用する代表的な機器が、PoEスイッチとPoEインジェクターです。

PoEスイッチ：複数の機器へ給電する

PoEスイッチは、通常のスイッチングハブの機能に加えて、接続した機器へ電力を供給できる製品です。例えば、オフィス内にネットワークカメラを4台設置する場合、それぞれをPoEスイッチへ接続することで、通信と電力をまとめて供給できます。

複数のPoE機器を設置する場合は、PoEスイッチが便利です。ただし、スイッチに8つのLANポートがあっても、8ポートすべてがPoE給電に対応しているとは限りません。また、すべてのポートを同時に使用する場合は、スイッチ全体の給電容量も関係します。

PoEインジェクター：既存のスイッチに給電機能を追加する

現在使用しているスイッチがPoEに対応していない場合は、「PoEインジェクター」を使う方法があります。PoEインジェクターは、通常のスイッチから届く通信データに電力を加えて、PoE対応機器へ送る装置です。

PoEインジェクターを使った接続例

① 通常のスイッチ

ネットワークの通信データを送ります。

② PoEインジェクター

スイッチから届いた通信データに、電源からの電力を加えます。

③ PoE対応アクセスポイント

LANケーブルを通じて通信データと電力を受け取ります。

接続の順番は次のとおりです。

通常のスイッチ → PoEインジェクター → PoE対応機器

PoEインジェクターには、別途コンセントなどから電源を供給します。例えば、既存のオフィスにPoE対応アクセスポイントを1台追加する場合は、PoE対応スイッチへ交換せずに、インジェクターで対応できることがあります。

一方、複数のPoE機器をまとめて設置する場合は、給電ポートを備えたPoEスイッチの方が配線や機器をまとめやすくなります。

なお、インジェクターにも対応する通信速度があります。2.5Gbps対応のアクセスポイントを利用する場合は、インジェクターも必要な通信速度に対応した製品が適しています。

PoE・PoE+・PoE++の規格と電力の違い

PoEには、供給できる電力によって複数の規格があります。例えば、小型のIP電話機と、高機能な無線アクセスポイントでは、動作に必要な電力が異なることがあります。PoE機器を接続する際は、電力を送る側が、受け取る側の必要な電力に対応していることが重要です。

PoEの規格と最大電力

代表的なPoEの規格には、次の4つのTypeがあります。

※各Typeの最大電力クラスで、規格上の最大長の配線損失を考慮した値です。

表を見ると、給電側から送れる電力と、受電側で使える電力に差があることが分かります。これは、LANケーブルの電線にも電気抵抗があり、電力の一部が熱として失われるためです。例えば、PoE+では給電側の最大出力が30Wですが、規格上、配線先の機器で利用できる電力は最大25.5Wです。そのため、PoE対応機器を選ぶ際は、給電側のW数だけでなく、受電側が必要とする電力も確認してください。

Type 3・Type 4は何が違う？

Type 1とType 2では、LANケーブル内の4組の電線のうち、2組のペアを使って給電します。Type 3とType 4では、4組すべてのペアを使うことで、より大きな電力を供給できます。ただし、Type 3には2ペアで給電する低電力クラスの構成もあります。

また、Type 3・Type 4は「PoE++」と呼ばれることがありますが、この名称だけでは対応する最大電力を判断しにくい場合があります。機器の仕様表では、IEEE規格名、Type、対応する電力クラス、最大給電電力を確認するのが確実です。

PoE規格で使われるLANプラグ

PoEのTypeが変わっても、一般的な銅線Ethernetで使うLANプラグの形状は同じです。

見た目だけでは、どのPoE規格に対応しているかを区別できません。

対応機器を検出してから電力を送る

IEEE規格に準拠したPoEでは、給電側が接続先のPoE対応を検出し、必要な判定や電力の割当を行ってから通常の給電を開始します。機器によっては、給電開始後にも追加の情報を使って割当電力を調整します。この電力の区分を「電力クラス（Class）」と呼びます。例えば、低い電力で動作するIP電話機と、多くの電力を使うアクセスポイントでは、必要なクラスが異なる場合があります。

一部の製品では、LLDPなどの通信を使って必要な電力を細かく調整します。

なお、高機能なアクセスポイントには、電力が少なくても起動はするものの、無線機能やUSBポートなどの一部機能が制限される製品があります。正常に起動するだけでなく、必要な機能をすべて利用できる給電条件も大切です。

Passive PoEには注意

PoEには、「Passive PoE」と呼ばれる方式の製品もあります。一部のPassive PoE製品では、IEEE規格のPoEのような対応機器の検出を行わず、決められた電圧をLANケーブルへ出力します。対応しない機器を接続すると故障するおそれがあるため、IEEE準拠のPoEと同じものとして扱わず、指定された電圧や接続機器の組み合わせで使用してください。

PoEスイッチの給電容量の計算方法

PoEスイッチを選ぶ際に重要なのが、1ポートの給電能力と、スイッチ全体の給電容量の違いです。例えば、「1ポート最大30W」「PoE給電容量120W」と表示されたスイッチがあるとします。この2つの数字には、それぞれ異なる意味があります。

スイッチ全体の給電容量は、「PoEバジェット」「給電バジェット」とも呼ばれます。

30Wの機器を何台接続できる？

1ポート最大30W、全体の給電容量120Wのスイッチに、給電側で30Wずつ確保する必要がある機器を接続するとします。この場合、4台分の割当電力は次のようになります。

30W × 4台 ＝ 120W

スイッチ全体の給電容量が120Wなので、計算上は4台分の電力を確保できます。では、同じ条件の機器を5台接続するとどうなるでしょうか。

30W × 5台 ＝ 150W

スイッチの給電容量120Wを30W上回るため、5台すべてに30Wずつ割り当てることはできません。

つまり、8ポートのPoEスイッチであっても、30Wの割り当てを必要とする機器を8台動作させられるとは限りません。機器を接続できるポート数と、同時に給電できる台数は分けて考える必要があります。

機器の消費電力と割当電力の違い

ここで注意したいのは、機器が実際に消費している電力と、スイッチが確保する割当電力が必ずしも一致しないことです。例えば、動作中の消費電力が20Wの機器でも、スイッチの管理方式や機器の電力クラスによっては、30Wを給電容量として確保する場合があります。

一方、必要な電力を細かく通知できる機器とスイッチの組み合わせでは、実際の要求に応じて割当電力を調整できることもあります。そのため、接続したい機器の消費電力を単純に合計するだけでなく、PoEスイッチ側でどれだけの電力が割り当てられるかを確認することが大切です。

また、機器を増設する予定がある場合は、その分の給電容量にも余裕を持たせておくことをおすすめします。

PoEに使うLANケーブルの条件

PoEでは、LANケーブルを通じて通信データだけでなく電力も送ります。そのため、通信速度やカテゴリに加えて、ケーブルの長さ、電気抵抗、導体の材料なども重要になります。

配線距離と電気抵抗

一般的なオフィスの銅線LAN配線では、接続コードや壁内配線を含めて、通信経路全体を最大100mとする構成が基本です。PoEもこのような配線で使用されますが、電力を送る際にはケーブルの電気抵抗による電圧低下や発熱が発生します。特に、大きな電力を必要とするPoE機器を使う場合や、LANケーブルを多数束ねて配線する場合は、ケーブルの太さや周囲の温度が影響します。

また、通常のPoEインジェクターを途中に接続しても、LANの通信距離が自動的に延びるわけではありません。

PoEに適したLANケーブル

PoEには、規格に適合した銅導体のLANケーブルを使用することが基本です。ケーブルのカテゴリだけでなく、給電に対応する電流、導体の太さ、配線方法なども関係します。特に、細径のLANケーブルやフラット形状のケーブルでは、対応する給電電力や配線距離が制限される場合があります。

また、LANケーブルの導体には「CCA（銅被覆アルミニウム線）」と呼ばれる材料を使用した製品もあります。CCAはアルミニウムの表面を銅で覆った導体で、通常の銅導体よりも電気抵抗が大きくなります。PoEで使用するLANケーブルには、CCAを避け、配線規格に適合した銅導体の製品がおすすめです。

Cat5e・Cat6・Cat6Aなどのカテゴリと配線距離の詳しい違いは、「LANケーブルのカテゴリの違い」で紹介しています。

PoE機器に電源が入らない場合の確認方法

PoE機器が正常に動作しない場合は、電源が入らないのか、電源は入るものの通信できないのかによって、確認する場所が変わります。

例えば、ネットワークカメラを追加した直後から別のカメラの電源が切れるようになった場合は、スイッチ全体の給電容量が不足している可能性があります。

一方、カメラの電源が入っているのに映像を確認できない場合は、給電だけでなく、ネットワーク接続や機器側の設定も関係します。また、PoEスイッチには、給電容量が不足したときにポートの優先順位に従って給電を制限する製品があります。トラブルが発生したときは、機器の型番、接続しているポート番号、ランプやエラー表示、発生時刻などを記録しておくと、担当者が原因を調べる際の手掛かりになります。

なお、PoEポートの設定変更やLANケーブルの抜き差しによって、ネットワークカメラの録画やIP電話などが停止することがあります。稼働中の設備を確認するときは、管理担当者と作業の時間や手順を確認してください。