Витая пара какая лучше: Для «Чайника»: Как правильно купить (выбрать) витую пару?

Выбор кабеля для структурированной кабельной системы / Хабр

В статье «Технология PoE в вопросах и ответах» мы рассказали о новых коммутаторах Zyxel, предназначенных для построения систем видеонаблюдения и других сегментов ИТ инфраструктуры с применением питания через PoE.

Однако просто купить хороший коммутатор и подключить соответствующие устройства — это ещё далеко не всё. Самое интересное может проявиться немного позже, когда это хозяйство придется обслуживать. Иногда возникают своеобразные подводные камни, о существовании которых следует знать.

Омедненная витая пара

В разных источниках информации по применению PoE можно встреть фразу типа «Использовать только медные кабели». Или «Do not use for CCA twisted pair». Что означают подобные предупреждения?

Существует устоявшееся заблуждение, что, витая делается всегда из медной проволоки. Оказывается, не всегда. В некоторых случаях производитель в целях экономии используем так называемые омедненный кабель.

По сути это алюминиевый кабель, у которого проводники покрыты тонким слоем меди. Полное название «витая пара из омедненного алюминия»

Витая пара из цельномедных проводников маркируется как «Cu» (от латинского «cuprum»

Омедненный алюминий обозначается как «CCA» (Copper-clad Aluminum — алюминий, покрытый медью).

Производители CCA могут и не ставить вообще маркировку. Иногда и вовсе недобросовестные производители рисуют параметр «Cu» на витой паре из омедненного алюминия.

Примечание. Согласно ГОСТ ставить такую маркировку не обязательно.

Единственный бесспорный аргумент в защиту омедненного кабеля — низкая цена.

Другой гораздо менее значимый аргумент — меньший вес. Считается, что бухты с алюминиевым кабелем легче перетаскивать при монтаже, потому что удельный вес алюминия меньше, чем у меди.

Примечание. На практике не все так однозначно. Свою роль играют вес упаковки, вес изоляции, наличие подручных средств механизации и тому подобное. Привезти на тележке и поднять на лифте 5-6 коробок с бухтами ССА кабеля занимает примерно столько же времени и сил, как и столько же коробок с бухтами «полноценной меди».

Как точно распознать алюминиевый кабель

Омедненный алюминий не всегда бывает легко распознать. Советы вроде: «Поскрести поверхность провода или оценить вес бухты кабеля, приподняв в руке», — работают весьма относительно.

Самый доступный и быстрый тест: поджечь зачищенный конец проволоки, например, зажигалкой. Алюминий довольно быстро начинает гореть и крошиться, в то время как конец проводника из чистой меди может раскалиться докрасна, но сохраняет свою форму и при остывании возвращает физические свойства, например, упругость.

Труха, оставшаяся от поджигания омедненного алюминия — это в принципе то, во что со временем превращается такой «экономичный» кабель. Все страшные сисадминские рассказы про «высыпающиеся кабели» — это как раз про «омеднёнку».

Примечание. Можно зачистить проволоку от изоляции и взвесить, рассчитав удельные вес. Но на практике такой способ используется редко. Нужны точные весы, установленные на строго горизонтальной ровной поверхности, и свободное время, чтобы этим заниматься.

Таблица 1. Сравнение удельных весов меди и алюминия.

Наши друзья из компании NeoNate, которая между прочим сама делает очень хороший кабель, сделали вот такую табличку вам в помощь.

Потеря мощности при передаче

Сравним удельное сопротивление:

• удельное сопротивление меди — 0, 0175 ом*мм2/м;

• удельное сопротивление алюминия — 0, 0294 ом*мм2/м/

Суммарное сопротивление такого кабеля вычисляется по формуле:

Учитывая, что толщина медного покрытия на дешевом омедненном кабеле «стремится к нулю», получаем большее сопротивление за счет алюминия.

А как же скин-эффект?

Скин-эффект назван от английского слова skin — англ. «кожа».

При передаче высокочастотного сигнала наблюдается эффект, при котором электрический сигнал передается в первую очередь по поверхности кабеля. Это явление служит аргументом, при помощи которого производители дешевой витой пары пытаются оправдать экономию в виде покрытого медью алюминия, мол, «всё равно ток пойдёт по поверхности».

На самом деле скин-эффект — это достаточно сложный физический процесс. Утверждать, что в любой омедненной витой паре передача сигнала всегда будет идти строго по медной поверхности, не «захватывая» слой алюминия — это не совсем справедливое утверждение.

Проще говоря, не имея на руках лабораторного исследования по этой конкретной марке провода нельзя достоверно утверждать, что данный CCA кабель благодаря скин-эффекту, по характеристикам передает ничем не хуже качественного медного кабеля.

Меньшая прочность

Алюминиевая проволока ломается гораздо проще и быстрее чем медная того же диаметра. Однако «взять и сломать» — это не самая большая беда. Гораздо большей неприятностью являются микротрещины на кабеле, которые увеличивают сопротивление и могут приводить к появлению плавающего эффекта затухания сигнала. Например, когда кабель время от времени подвергается изгибам или температурным воздействиям. Алюминий более критичен к такого рода воздействиям.

Критичность к перепаду температур

Все физические тела обладают способностью изменять объем под воздействием

температуры. При разном коэффициенте расширения данные металлы будут изменяться по-разному.

Это может влиять как на сохранение целостности медного покрытия, так и на

качество контактов в местах сочленений алюминиевых проводников и устройств

крепления. Способность алюминия к большему расширению при повышении температуры

способствует появлению микротрещин, которые ухудшают электрические

характеристики и снижают прочность кабеля.

Способность алюминия быстрее окисляться

Помимо температурного расширения нужно принять во внимание свойство алюминия быстро окисляться, о чем свидетельствует тест с зажигалкой.

Но даже если на алюминиевый провод не воздействует открытое пламя и внешние высокотемпературные нагреватели, со временем при перепаде температуры или при нагреве за счет передачи электрического тока для питания устройств (PoE) большее количество атомов металла вступает в соединение с кислородом. Электрические свойства кабеля это отнюдь не улучшает.

Контакт алюминия с другими цветными металлами

Алюминий не рекомендуют соединять с проводниками из других цветных металлов, в первую очередь с медью и медьсодержащими сплавами. Причина — повышение окисляемости алюминия в местах соединения.

По прошествии времени придется заменить коннекторы, а проводники в патчпанели перезаделать заново. Неприятно, что с этим могут быть связаны плавающие ошибки.

Проблемы с PoE для омедненной витой пары

В случае с PoE электрический ток для питания устройств передается частично по медному покрытию, но в основном по алюминиевому наполнению, то есть с большим сопротивлением, и, соответственно, с большими потерями мощности.

Помимо этого, возникают другие проблемы: из-за нагрева проводов при передаче тока электропитания, на который данная витая пара не рассчитывалась; из-за микротрещин, окисления провода и так далее.

Что делать если СКС с кабелем из омедненного алюминия досталась «в наследство»?

Нужно иметь в виду, что часть сегментов со временем придется заменить (по тем или иным причинам). Лучше сразу зарезервировать на этот случай в бюджете денежные средства. (Понимаю, что звучит как фантастика, но что ещё поделать?)

Контролировать состояние СКС. Следить за температурой, влажностью и другими физическими показателями в помещениях и других местах, где проходит витая пара. Если там более жарко, холодно, влажно или есть подозрение на механическое воздействие, например, вибрацию — стоит подумать о превентивных мерах. В принципе, в ситуации с традиционной медной витой парой подобный контроль также не помешает, но алюминиевые провода более капризны к указанным явлениям.

Существует мнение, что уже нет особого смысла приобретать какие-то особенно хорошие патчпанели, сетевые розетки, патчкорды для подключения пользователей и другое пассивное оборудование. Поскольку проводная часть, скажем так — «не фонтан», то тратится на крутую «обвеску» может быть уже и не стоит.

С другой стороны, если вы со временем всё же захотите заменить такую замечательную «в основном ничем не отличающуюся» витую пару CCA на проверенную временем «медь» — стоит ли поступать по принципу «шаг вперед, два шага назад», закупая сейчас патчпанели и розетки по бросовой цене?

Также нужно очень внимательно относиться к внезапным пропаданиям связи. Когда какое-то время не было даже пинга, а пока искали — «всё само чудесным образом» восстановилось. Качество кабеля и соединения могут играть в таких инцидентах не последнюю роль.

Если планируется использовать PoE, например, для камер видеонаблюдения — для этого участка лучше сразу заменить витую пару на медную. Иначе можно столкнуться с ситуацией, когда сначала повесили камеру с малым энергопотреблением, потом поменяли на другую и приходится ломать голову — почему не работает.

5E хорошо, а 6 категория лучше!

Категория 6 более устойчива к помехам и температурным воздействиям, скрутка проводников в таких кабелях производится с меньшим шагом, что способствует улучшению электрических характеристик. В некоторых случаях в кат. 6 устанавливаются разделители для разнесения пар (удаления друг от друга с целью предотвращения взаимного влияния). Всё это повышает надёжность при эксплуатации.

Для подключения устройств с PoE такие изменения придутся весьма кстати, например, для обеспечения устойчивой работы сети при колебаниях температуры.

Кабели СКС иногда прокладываются в помещениях со слабым климат-контролем, например, через надпотолочное пространство, в подвале, техническом или цокольном этаже, где разница температур в течение дня достигает 25°C. Такие температурные скачки влияют на характеристики кабеля.

Прокладка более дорогого, но и более надежного кабеля 6 категории с лучшими характеристиками вместо категории 5Е — это не повышение «накладных расходов», а инвестиция в более качественную и надежную связь.
Подробнее можно прочитать здесь.

В российском представительстве Zyxel провели собственное исследование зависимости допустимого расстояния для передачи питания PoE от типа используемого кабеля. Для проверки использовались коммутаторы
GS1350-6HP и GS1350-18HP

Рисунок 1. Внешний вид коммутатора GS1350-6HP.

Рисунок 2. Внешний вид коммутатора GS1350-18HP.

Для удобства результаты сведены в таблицу, разделенную по производителям видеокамер (см. ниже таблицы 2-8).

Таблица 2. Процедура тестирования

Таблица 3. Сравнительные характеристики кабелей для подключения камер LTV

Таблица 4. Сравнительные характеристики кабелей для подключения камер LTV (продолжение)

Таблица 5. Сравнительные характеристики кабелей для подключения камер LTV (продолжение 2).

Таблица 6. Сравнительные характеристики кабелей для подключения камер UNIVIEW.

Таблица 7. Сравнительные характеристики кабелей для подключения камер UNIVIEW (продолжение).

Таблица 8. Сравнительные характеристики кабелей для подключения камер Vivotek.

Заключение

Описанные в статье проблемы не являются обязательными к приобретению. Возможно, найдётся человек, который скажет: «Я вот в своих проектах всё время применяю исключительно омедненную витую пару категории 5Е и проблем не знаю». Разумеется, большую роль играет качество исполнения, условия эксплуатации, периодический контроль и своевременное обслуживание. Однако, остается еще необходимость использовать PoE, а для такой ситуации использование медной витой пары категории 6 является более перспективным решением.

Возможная экономия при использовании дешевой омедненной витой пары носит достаточно специфический характер. Если речь идет о крупномасштабных проектах уровня Enterprise для бизнеса, критичного к ИТ — разумнее использовать высококачественную медную пару от проверенных, хорошо зарекомендовавших себя производителей. Если речь идёт о малых сетях, то экономия на витой паре, особенно в условиях «приходящего админа» выглядит довольно сомнительно. Иногда бывает лучше переплатить за качественный кабель, чтобы снять потенциальные проблемы, повысить надежность, расширить диапазон возможностей (PoE) и снизить стоимость обслуживания.

Благодарим наших коллег из компании NeoNate за помощь в создании материала.

Приглашаем в наш телеграмм канал и на форум. Поддержка, консультации по выбору оборудования и просто общение профессионалов. Добро пожаловать!

Хотите стать партнером Zyxel? Начните с регистрации на нашем партнерском портале.

Источники

Технология PoE в вопросах и ответах

IP-камеры PoE, особые требования и бесперебойная работа — сводим всё воедино

Смарт-управляемые коммутаторы для систем видеонаблюдения

Какой выбрать кабель UTP – омеднённый алюминий или медный?

Витая пара: медь или биметалл (омедненка)?

Что такое скин-эффект и где его используют на практике

Категория 5e против Категории 6

Сайт компании NeoNate

Классификация витой пары

В настоящее время основной физической средой передачи данных в структурированных кабельных системах является медный кабель типа витая пара. Свое признание витая пара получила благодаря большому разнообразию конструкций, относительно небольшой стоимости и простоте монтажа. Существует специальная классификация, которая облегчает выбор и работу с кабелем, и объясняет, какие этапы становления прошла витая пара, чтобы обрести свой современный вид. Именно это, а также общие сведения о витой паре, мы рассмотрим в данной статье.

Изобретение витой пары

В 1876 г. Александр Белл, американский изобретатель шотландского происхождения, запатентовал метод и устройство, предназначенное для трансляции речи и других звуков по телеграфу с использованием электрических волн, – телефон. Судьба аппарата известна – огромная популярность среди всех слоев общества и неотъемлемая часть нашего существования в 21 веке.

Изначально из-за электромагнитного излучения трамвайных линий, телефонные провода испытывали сильные помехи. Это заставило специалистов искать способы защиты электрических сетей высокого напряжения. Первым шагом стал метод транспозиции проводов, который был основан на принципе их перекрещивания через определенное количество опор. В итоге это была первая попытка использовать скрученный провод, давшая положительные результаты – так была изобретена витая пара.

Только в США было установлено полтора миллиона телефонных аппаратов. В итоге это потребовало прокладки огромного количества кабеля и, соответственно, его совершенствования (соединение не отличалось хорошим качеством). В 1881 г. Александр Белл изобретает «витую пару», кабель, изначально предназначенный для телефонных сетей. Такой вид кабеля состоял из одной или более скрученных, изолированных друг от друга, пар проводников. Покрыт оболочкой для обеспечения защиты провода от внешних механических и природных воздействий.

С постепенной эволюцией проводных средств связи кабель типа витая пара также развивался и на сегодня является неотъемлемой частью структурированных кабельных сетей.

Что такое витая пара?

Прежде чем говорить о классификации витой пары, нужно разобраться, что представляет собой медный кабель типа витая пара.

Витая пара – это кабель, который состоит из одной или нескольких пар медных изолированных проводников, скрученных между собой и покрытых внешней диэлектрической оболочкой из полимера. Скрученные проводники имеют постоянный, четко выраженный шаг скрутки, который индивидуален для каждой пары с целью компенсации перекрёстных наводок внутри кабеля. Простыми словами скручивание проводников с различным и некратным шагом для разных пар выполняется для того, чтобы сигналы витых пар минимальным образом воздействовали друг на друга.

Витая пара: основные элементы

В настоящее время существуют разные конструкции кабелей, которые объединяют в себе те или иные основные элементы. Так же стоит отметить что в конструкцию витой пары не обязательно должны входить все нижеперечисленные элементы. Например, дренажный проводник или экран не входят в конструкцию каждой витой пары а имеют отношение только к экранированным кабелям (F/UTP, F/FTP и так далее).

– Медные жилы изготавливаются из чистой электротехнической меди высокой степени очистки. Жилы могут быть как цельными (Solid), так и многопроволочными (Stranded). Остановимся на этом моменте немного подробнее:

Цельный (одножильный) – каждый проводник представляет собой монолитную медную проволоку. Кабель с цельными жилами в большинстве случаев применяется для прокладки кабельных трасс, не используется для прямого контакта с активным оборудованием. Обусловлено это тем, что цельная жила имеет большой диаметр и не терпит частые изгибы. Но нужно отметить, что такой тип кабеля имеет более высокие передаточные характеристики.

Многожильный (многопроволочный) – каждый проводник выполнен из нескольких тонких медных жил, скрученных между собой. Кабели с многожильными проводниками устойчивы к периодическим физическим воздействиям, таким как перегибы и скручивания. Но в отличие от кабеля с одножильным типом проводников имеют более высокий уровень затухания сигнала, что ограничивает максимальное расстояние передачи данных. Чаще всего такие кабели используются для изготовления коммутационных шнуров для соединения активного оборудования с коммутационными панелями или подключения оконечного оборудования.

– Изоляция защищает жилы от окисления, а также изолирует их друг от друга. В большинстве случаев изготавливается из полиэтилена высокой плотности (HDPE) или вспененного полиэтилена (для категорий 6A и выше). В некоторых случаях используется тефлон, который имеет широкий рабочий температурный диапазон.

– Пара проводников – основная часть симметричного кабеля, образуется двумя скрученными между собой изолированными проводниками. Для уменьшения взаимного влияния пар друг на друга, разные пары изготавливаются с различным и некратным шагом скрутки.

– Сепаратор предназначен для физического разнесения пар при отсутствии их индивидуального экранирования. Встречается в основном в кабелях категории 6 и 6a.

– Дренажный провод – элемент заземления, который обеспечивает непрерывность пленочного экрана в случае его разрыва, а также собирает с пленочного экрана наведенный сигнал для его заземления.

– Разрывная нить используется для разделки внешней оболочки кабеля, при вытягивании эта нить оставляет за собой продольный разрез и открывает доступ к кабельному сердечнику.

– Защитная пленка – это полипропиленовая лента, обмотанная в несколько слоев вокруг сердечника кабеля. Обеспечивает защиту и изоляцию пар, а также отделение их от экрана кабеля.

– Экран из фольгированной пленки – металлизированная алюминием полипропиленовая пленка, которая ослабляет помехи, наведенные на кабель из внешней среды. Является базовым вариантом экранирования.

– Индивидуальное экранирование пар – металлизированная алюминием полипропиленовая пленка для обеспечения наилучшей изоляции пар друг от друга.

– Экран из луженной медной проволоки – проволочная оплетка которая обеспечивает лучшее экранирование, а также обладает высокой физической стойкостью. Также выполняет роль дренажного провода.

– Внешняя оболочка – защищает внутренние элементы кабеля от внешних воздействий, таких как: холод, влага, солнечные (ультрафиолетовые) лучи и физические нагрузки.

В большинстве случаев внешняя оболочка изготавливается из поливинилхлорида (PVC), либо из полимеров, которые не поддерживают горение и не выделяют при горении галогенов (LSZH). Необходимая в процессе разделки небольшая хрупкость внешней оболочки достигается добавлением в исходное сырье определенного количества мела. Кабели с оболочкой из PVC используется в основном для одиночной прокладки внутри зданий и сооружений. Для групповой прокладки внутри помещений где возможно массовое скопление людей применяются кабели с оболочкой LSZH.

Для уличной прокладки принято использовать витую пару в оболочке из полиэтилена (PE), она не боится ультрафиолета, устойчива к холоду и внешним воздействиям. Кабели с данной оболочкой распространяют горение даже при одиночной прокладке, поэтому прокладка таких кабелей в зданиях и сооружениях категорически запрещена.

Также не стоит забывать, что существуют оболочки специального назначения, например, огнестойкие (FR – PVC, FR – LSZH), которые сохраняют работоспособность под воздействием пламени, или универсальные оболочки (UV – LSZH, UV – PVC), которые используются как для внешней, так и для внутренней прокладки.

Конструкции витой пары

В зависимости от наличия или отсутствия дополнительных экранирующих покрытий отдельных пар и/или сердечника в целом, витая пара подразделяется на экранированную и неэкранированную.

В свою очередь тип экранирования – медная или алюминиевая оплетка или фольгированный экран вокруг пар – определяет вид витой пары. Согласно Международному стандарту ISO/IEC 11801 для обозначения конструкции витой пары применяется комбинация из нескольких букв, так называемый буквенный код, который имеет следующий вид: тип общего экрана для кабеля/тип индивидуального экранирования для каждой отдельной пары, например, F/UTP.

Стандартом ISO/IEC 11801 принято использовать следующие обозначения:

• TP (Twisted Pair) – витая пара.
• U (Unscreened) – без защитного экрана.
• F (Foil Screened) – экран из фольгированной пленки.
• S (Braid Screen) – экран из проволочной оплетки.

Теперь более подробно познакомимся с основными видами:

1) U/UTP – название говорит само за себя, кабель не имеет защитного экрана. Несмотря на отсутствие экрана, получил широкое распространение благодаря своей гибкости, дешевизне и простоте монтажа. Наиболее популярная конструкция для прокладки кабельных систем в большинстве стран.

2) F/UTP – кабель имеет один внешний экран из алюминиевой фольги, который используется как базовый тип защиты от внешних помех.

3) SF/UTP – дополнительный экран из медной оплетки значительно повышает помехозащищенность кабеля в области средних и низких частот, дает дополнительную физическую прочность и защиту от перегибов.

4) U/FTP – каждая пара защищена фольгированной пленкой, что обеспечивает отличное экранирование не только от внешних помех, но и от взаимных влияний между парами кабеля. Такое решение применяется для высокоскоростных кабелей, начиная с категории 6.

5) F/FTP – кабель имеет фольгированную защиту каждой отдельной пары и общий внешний экран. Многослойная защита для максимальной помехозащищенности.

6) S/FTP – индивидуальное экранирование каждой пары и общий внешний экран в виде проволочной оплетки. Конструкция сочетает все преимущества обоих типов экранирования и обеспечивает отличную защиту во всем частотном диапазоне. Применяется на кабелях категорий 6А, 7, 7А и 8, а также для защиты линий, проходящих в непосредственной близости от силовых кабелей.

Категории и классы витой пары

Максимально пропускаемый частотный диапазон – основополагающий параметр при делении витой пары на категории/классы. На данный момент основными стандартами, регламентирующими ранжирование витой пары на категории/классы, являются Международный стандарт ISO 11801 и Американский стандарт TIA-EIA-568B.

Для витой пары по ISO 11801 определены следующие классы: класс A, класс B, класс C, класс D, класс E, класс EA, класс F и класс FA. Чем выше класс – тем лучше передаточные характеристики и скорость передачи. Также стоит отметить что, витая пара более высокого класса поддерживает возможности витой пары более низкого класса, но не наоборот.

В американском стандарте TIA-EIA-568B понятие классов отсутствует и для разделения витой пары используется понятие – категория. Для их обозначения принято использовать аббревиатуру «Cat.X», где X – цифра от 1 до 8. Теперь более подробно рассмотрим категории/классы витой пары, а также соответствие между определенной категорией и классом:

Cat. 1 (частота 0, 1 МГц) – используется для передачи голоса или данных при помощи модема. В большинстве случаев представляет собой 1 пару скрученных проводников (в России применяется без скруток). В виду сильного воздействия электромагнитных помех, в настоящее время не используется.

Cat. 2 (частота 1 МГц) – используется для передачи данных со скоростью до 4 Мбит/с. Применяется в сетях Token Ring и Arcnet. В настоящее время также не применяется, но иногда встречается в телефонных линиях связи. Обычно представляет собой 2 пары проводников.

Cat. 3/Класс «С» (частота 16 МГц) – используется как для телефонных, так и локальных сетей 10BASE-T/100BASE-T4. Поддерживает скорость передачи данных до 10 Мбит/с при использовании технологии 100BASE-T до 100 Мбит/с. Отличительной особенностью от предшествующих категорий является соответствие требованиям стандарта IEEE 802.3. В настоящее время используется в основном для создания телефонных линий.

Cat. 4 (частота 20 МГц) – используется в сетях 10BASE-T и 10BASE-T4, позволяет передавать данные со скоростью до 16 Мбит/с по одной паре. В настоящее время так же не используется.

Cat. 5/Класс «D» (частота 100 МГц) – используется для построения локальных сетей, работающих по технологии 100BASE-TX и 1000BASE-T. Позволяет передавать данные со скоростью до 1000 Мбит/с при использовании 4-х пар. В настоящее время также используется в магистральных системах, а также в телефонных линиях связи.

Cat. 5e/Класс «D» (частота 100 МГц) –представляет собой усовершенствованную категорию 5. Позволяет передавать данные со скоростью от 100 Мбит/с до 1000 Мбит/с в сетях 100BASE-TX и 1000BASE-T. В настоящее время в основном представлена 4 – х парным кабелем, который является самым распространённым для созданий локальных сетей и систем видеонаблюдения.

Cat. 6/Класс «E» (частота 250 МГц) – применяется в сетях Fast Ethernet и 10 Gigabit Ethernet. Максимальная скорость передачи данных составляет до 10 Гбит/с на расстояние до 55 метров.

Cat. 6A/Класс «Ea» (частота 600 МГц) – применяется в сетях 10 Gigabit Ethernet и позволяет передавать данные со скоростью до 10 Гбит/с на расстояние до 100 метров.

Cat. 7/Класс «F» (частота 600-700 МГц) – применяется в сетях 10 Gigabit Ethernet, позволяет передавать данные со скоростью до 10 Гбит/с. Структурно кабель имеет общий внешний экран и экран для каждой пары (S/FTP).

Cat. 7A/Класс «Fa» (частота 1000 – 1200 МГц) – применяется в сетях 10 Gigabit Ethernet, а также используется для передачи данных на скорости до 40 Гбит/с на расстояние до 50 метров в сетях 40 Gigabit Ethernet.

Cat. 8 /Class «I» (частота 1600 – 2000 МГц) – утверждена стандартом ANSI/TIA-568-C.2-1 в июне 2016 года. Разработана для использоваться в сетях 100 Gigabit Ethernet. На данный момент находится в стадии разработки. Скорость передачи данных до 100 Гбит/с.

На данный момент стандартом ANSI/EIA/TIA 568-B так же утверждена категория 8.1 и 8.2. Конструктивно кабель имеет общий экран и экраны вокруг каждой пары. Скорость передачи данных до 100 Гбит/с.

В заключение добавим: несмотря на то что технологии передачи данных стремительно развиваются и с каждым днем предъявляют все более строгие требования к кабельным линиям, витая пара, будет актуальна еще на протяжении долгого времени. За последние несколько лет производительность медного кабеля витая пара выросла в разы. На сегодняшний день уже ведутся работы по созданию решений на основе витой пары, которые позволят передавать данные на скорости до 100 Гбит/с.

Кабель витой пары

— это НЕ все то же самое

Кабели с витой парой существуют уже много десятилетий. Он стал предпочтительным типом кабелей для всех сетевых приложений, начиная с того момента, когда он был впервые представлен в начале 1990-х годов. Первое приложение, использующее кабели с витой парой, было с очень медленным 10Base-T, которое было приложением со скоростью всего 10 Мбит/с. Сегодня приложения для витой пары могут поддерживать высокие скорости до 10 Гбит/с. Таким образом, с таким увеличением скорости сети у вас может возникнуть вопрос: все ли кабели с витой парой одинаковы? Абсолютно нет. Кабели с витой парой могут выглядеть одинаково снаружи оболочки, но внутри есть много внутренних технологий, невидимых для пользователя.

Наиболее распространенная форма кабеля с витой парой обычно состоит из четырех пар. Внутри четыре пары соответствуют общему стандарту цветового кодирования, установленному ANSI/TIA 568.2-D:

Пара 1 — это синий провод, скрученный с бело-синим проводом
Пара 2, — это оранжевый провод, скрученный с бело-оранжевым проводом. провод
Пара 3 – зеленый провод, скрученный с бело-зеленым проводом
Пара 4 – это коричневый провод, скрученный с бело-коричневым проводом.

Но на этом все заканчивается. Но что иногда упускается из виду, так это то, что внутри оболочки кабеля находится множество технологий и инженерных разработок, которые влияют на производительность и скорость передачи данных по сети.

За прошедшие годы появилось множество различных типов кабелей с витой парой. Они доступны и имеют множество различных рейтингов производительности и типов конструкции.

Рейтинг производительности идентифицируются по типам категорий. Первый настоящий «класс передачи данных» кабелей на основе витой пары назывался категорией 3. До этого кабели на основе витой пары любой формы не считались уровнем передачи данных. На сегодняшний день самой высокой утвержденной категорией кабеля, регулируемой ANSI/TIA, является категория 8. Чем выше категория кабеля, тем лучше его характеристики. Характеристики кабеля отмечены увеличением мегагерцового рейтинга кабеля. Рейтинг в мегагерцах (МГц) определяет, насколько быстро сигнал может передаваться по кабелю и оставаться приемлемым на дальнем конце.

Типы конструкции категорий кабелей могут варьироваться от базовой неэкранированной витой пары (U/UTP) до широкого спектра экранированных конструкций. В то время как неэкранированная витая пара является наиболее часто используемым типом конструкции, устанавливаемой на рынке, существует несколько различных типов экранированной витой пары, которые доступны. Это зависит от того, что существует несколько способов экранирования всего кабеля и отдельных пар.

Существует несколько распространенных типов кабелей с экранированной витой парой, доступных для определенной категории кабелей. Поскольку существует несколько способов «экранирования» кабеля витой пары, вам необходимо понимать обозначения того, как экранирование применяется к кабелю. Экранированный кабель обычно обозначается как (F/UTP), (U/FTP) и (S/FTP). Обратите внимание на «/» в обозначении. С левой стороны косая черта представляет общий экран вокруг 4 витых пар. Справа косая черта обозначает экранирование отдельных пар.

(F/UTP) – относится к 4 неэкранированным витым парам, окруженным каким-либо общим экранированием в оболочке кабеля экранирование в оболочке кабеля
(U/FTP) – относится к 4 индивидуально экранированным парам без общего экрана в оболочке кабеля

как (EMI/RFI), которые могут вызвать помехи в вашей сети. Независимо от типа конструкции кабеля существует множество внутренних факторов, которые контролируют уровень характеристик кабеля. Итак, при всем сказанном: «Какие внутренние кабели используются для достижения этих более высоких стандартов производительности»? Вот некоторые из них:

• Внутреннее скручивание пар
• Размер жилы проводника
• Использование наполнителей или разделителей пар
• Материалы изоляции и оболочки

Внутреннее скручивание пар – Возможно то, что каждый замечает в первую очередь, когда речь заходит о кабелях с витой парой. Это представляет собой скручивание 2 проводов вместе для подавления электромагнитных помех (ЭМП) от внешних источников. Обычно, когда сигнал передается по проводу, он начинает ослабевать или затухать, а также начинает генерировать шум. Чтобы лучше убедиться в получении хорошего сигнала на больших расстояниях, инженер будет посылать положительный и отрицательный сигналы одного и того же сигнала каждый по отдельному проводу и скручивать их вместе. Сигнал по-прежнему будет затухать, но любые положительные и отрицательные шумы будут компенсироваться по всей длине кабеля.

При этом, чем выше категория кабеля витой пары, поддерживающая более высокую частоту в мегагерцах, тем туже скручивание пары. Чем больше скручивание пары в кабеле, тем больше положительное влияние на NEXT, измерение электрических перекрестных помех на ближнем конце. Например, кабели категории 3 могут иметь 2 или 3 витка на фут, в то время как кабели категории 6 или 6А могут иметь от 20 до 25 витков на фут в зависимости от пары внутри.

Токопроводящий сердечник – Характеристики кабеля – это больше, чем просто скручивание пар в оболочке кабеля. Размер жилы жилы также сильно влияет на характеристики кабеля. Размер проводников измеряется в калибре, который относится к американскому калибру проводов (AWG). Размер AWG зависит от количества протягиваний провода. Например: провод 28 AWG тоньше, чем провод 22 AWG, потому что он протягивался больше раз, поэтому провода будут тоньше.

Электрическое измерение, на которое больше всего влияет размер жилы проводника, — затухание. Затухание, теперь его часто называют вносимыми потерями, что является измерением сигнала через кабель. Чем толще проводник, тем меньше его сечение и, как правило, меньше потери сигнала. Чем тоньше проводник, тем больше его сечение и, как правило, выше потери сигнала.

Обычно в горизонтальных цельных кабелях категорий 5 и 5e используется проводник 24 AWG. Горизонтальные одножильные кабели категории 6 и категории 6A используют в своей конструкции проводник 23 AWG.

Учитывая все вышесказанное, производители оптоволоконных кабелей должны соблюдать осторожность при определении размеров проводников в своих кабелях. Слишком большой проводник может ухудшить характеристики кабеля. Конечно, мощность сигнала очень хорошая, но из-за того, что внутри кабеля больше меди, измерение NEXT уменьшается, потому что проводники действуют как антенна внутри кабеля, и возникает больше перекрестных помех. Не говоря уже о том, что ненужное использование проводов большего диаметра увеличивает общую стоимость кабеля.

Как видите, это может стать актом балансирования для производителей кабелей при разработке и проектировании кабеля между скручиванием пары и размером жилы проводника. Но производители кабелей нашли способ обойти это, чтобы по-прежнему использовать оба этих метода проектирования кабелей и получать максимальную производительность.

Разделители пар — еще одна функция, повышающая производительность, используемая в оптовых кабелях, — это использование той или иной формы разделителя пар. Разделители пар бывают нескольких видов: крестообразный заполнитель в виде буквы «X» или простой ленточный заполнитель. См. изображение ниже. Эти наполнители используются для создания пространства или некоторой формы разделения между четырьмя витыми парами внутри кабеля. Разделение витой пары важно, потому что оно улучшает NEXT, измерение электрических перекрестных помех на ближнем конце кабеля. Это особенно важно для высокоскоростных кабелей передачи данных категории 6 и категории 6A.

Производители обнаружили, что, добавляя наполнитель внутрь кабеля, они по-прежнему могут туго скручивать пары и даже использовать более толстые проводники, сохраняя общие характеристики в соответствии с требованиями к желаемой категории кабеля. Крестообразный заполнитель в форме «X» чрезвычайно распространен, потому что он одинаково разделяет все четыре витые пары. Ленточный наполнитель используется, если производитель указывает, что он должен иметь барьер только между двумя из четырех витых пар внутри кабеля. Наполнители очень полезны при проектировании кабелей, но негативным фактором при их использовании является то, что они утяжеляют кабель, увеличивая общий диаметр кабеля, а также увеличивают стоимость кабеля за счет дополнительных материалов и времени изготовления.

Материалы изоляции и оболочки . Другой метод проектирования, который необходимо учитывать при производстве высокоскоростных кабелей передачи данных, заключается в использовании материалов изоляции и оболочки. Многие пользователи упускают из виду или не понимают, насколько это важно на самом деле. На самом деле существует несколько критических факторов, связанных с материалами, используемыми при изготовлении «хорошего» кабеля. Это тема, состоящая из двух частей, посвященных характеристикам кабеля и тестированию на безопасность при возгорании.

Характеристики кабеля

Когда речь идет об изоляции и материале оболочки, толщина этих материалов определяет характеристики и гибкость кабеля. Если изоляционные материалы слишком тонкие, это означает, что проводники расположены ближе друг к другу, что может повлиять на СЛЕДУЮЩЕЕ измерение перекрестных помех в кабеле. Если изоляция слишком толстая, это снижает гибкость кабеля, а также увеличивает стоимость и размер кабеля. Что касается оболочки кабеля, это также верно, за одним исключением. Оптовые кабели категории 6A обычно имеют очень толстую оболочку или кабельную оболочку необычной формы. Это делается для того, чтобы преднамеренно создать дополнительное расстояние, когда один кабель находится рядом с другим. Поскольку категория 6A связана с ANEXT, выравниванием перекрестных помех на ближнем конце, шумы за пределами производителей кабелей будут «нарастать» или делать оболочки более толстыми для достижения такого уровня производительности.

Безопасность при испытаниях на сжигание

Когда речь заходит о кабелях типа витая пара для передачи данных, все обычно думают только о характеристиках кабеля. Также необходимо учитывать фактор безопасности. Каждый кабель для передачи данных с витой парой изготавливается и проектируется для конкретной установки. Это означает, что кабель может быть установлен на законных основаниях в соответствии с местными строительными и противопожарными нормами в пределах юрисдикции. Это может быть очень сложная тема. Но здесь важен тип компаундов, используемых при изготовлении изоляции и кожухов. В зависимости от типа испытания на сжигание, которому должен соответствовать кабель, составы могут быть очень дорогими.

Например, для кабеля с витой парой, проложенного в воздушном пространстве над головой, обычно требуется кабель, предназначенный для помещений. Кабель с витой парой, который соответствует классу «пленум», должен использовать некоторые очень специфические и дорогие соединения. Одним из таких соединений, используемых для изоляции камерного кабеля, является ФЭП, фторированный этиленпропиленовый материал. Этот материал очень дорогой и может сильно повлиять на окончательную стоимость кабеля, поэтому производители стараются использовать достаточное количество этого материала, чтобы оставаться конкурентоспособными, но при этом соответствовать и проходить строгие испытания на сжигание, сохраняя при этом характеристики кабеля.

Таким образом, между достижением желаемых характеристик кабеля и испытанием на возгорание толщина изоляции и оболочки кабеля может стать очень важной и стать балансирующим действием в общем окончательном проектировании и производстве кабеля.

Наконец, как вы, вероятно, видите, Разработка кабеля для передачи данных с рейтингом категории — это не просто помещение нескольких витых пар в оболочку кабеля. В кабеле используется множество внутренних инженерных разработок для достижения определенной производительности при сохранении желаемой стоимости и возможности пройти любые необходимые испытания, имея при этом продукт, принятый в отрасли. Во многих случаях, когда производители разрабатывают кабель, они одновременно исправляют или улучшают одну функцию и нарушают или препятствуют другой необходимой функции кабеля. Создано так много прототипов кабелей, а также проведено множество испытаний, чтобы сделать кабель с хорошими характеристиками. Надеюсь, это даст вам некоторое представление о том, что нужно для изготовления оптоволоконных кабелей, когда вы сделаете следующую покупку.

Об авторе

Стив Молек

Инженер по продукту

Стив Молек имеет 27-летний опыт работы в области кабельных систем и средств передачи данных. Он начал свою карьеру в качестве представителя службы технической поддержки, а сейчас работает инженером проекта в Black Box. В качестве инженера по продукту его основной задачей является оценка и тестирование всех новых кабельных и сетевых продуктов, которые продает Black Box, а также обучение нашей внутренней технической поддержки и отделов продаж. Стив также работает напрямую с нашими отечественными и международными OEM-поставщиками, а также с несколькими признанными на национальном уровне сторонними испытательными лабораториями. Стив имеет степень бакалавра. степень в области математики и компьютерных наук Калифорнийского университета Пенсильвании и степень магистра делового администрирования Университета Уэйнсбурга.

Почему провода скручиваются? – Audio University

Витая пара электрических проводов представляет собой кабельную технику, используемую, среди прочего, в аудио и сетевых технологиях. Провода скручены для достижения двух основных целей: уменьшения исходящего шума и уменьшения входящего шума, связанного с электромагнитными помехами.

Как работает витая пара для предотвращения шума? В этой статье вы познакомитесь с основами технологии витой пары. Вы также найдете видео, в котором сравниваются скрученные, нескрученные и разнесенные пары проводов, чтобы вы могли сами увидеть и услышать разницу.

Провода скручены для достижения двух основных целей: снижения исходящего шума и снижения входящего шума, связанного с электромагнитными помехами.

Во-первых, если мы собираемся понять, как подавляется шум при использовании витой пары, важно понять, откуда берется шум.

Каждый раз, когда по проводу проходит переменный электрический ток, вокруг этого провода создается магнитное поле. Обратное тоже верно. Всякий раз, когда магнитное поле взаимодействует с электрической цепью, внутри цепи генерируется электрический ток. Это означает, что сигнал в одной цепи может «перепрыгнуть» в другую близлежащую цепь посредством явления, называемого индукцией.

Представьте себе силовой кабель, идущий по полу. В Соединенных Штатах электроэнергия работает на частоте 60 Гц. Это означает, что по кабелю питания будет течь переменный электрический ток с частотой 60 Гц. Учитывая, что ток, протекающий по проводу, создает магнитное поле вокруг этого провода, силовой кабель будет излучать переменное магнитное поле с частотой 60 Гц. Если вы поместите другую электрическую цепь в непосредственной близости от силового кабеля, это магнитное поле наведет в эту цепь ток частотой 60 Гц.

Это вызывает распространенную проблему, называемую перекрестными помехами, при которой сигнал из одной цепи передается в другую цепь посредством электромагнетизма. Уменьшение перекрестных помех является основной целью скручивания проводов.

Цепь состоит из двух проводов, каждый из которых несет одинаковое и противоположное напряжение. Если на одном проводе есть положительное напряжение, на другом будет такое же отрицательное напряжение. Напряжения на двух проводах одинаковы, но с обратной полярностью. Полярность электрического напряжения, проходящего через провод, определяет полярность магнитного поля, создаваемого вокруг провода.

Не только полярность электрического напряжения противоположна на каждом проводе, но и полярность магнитных полей, излучаемых каждым проводом, также противоположна. Когда встречаются равные, но противоположные силы, они уравновешиваются.

Вы можете видеть, что показано на этом изображении. Эти две волны идентичны по частоте и амплитуде, но противоположны по полярности. Когда одна волна положительная, другая отрицательная. Когда они складываются вместе, они противодействуют друг другу и вообще не приводят к напряжению.

Витая пара уменьшает исходящий шум

Размещение проводов рядом друг с другом значительно уменьшит энергию магнитных полей, создаваемых каждым проводом.

Это потому, что положительный провод создает положительное магнитное поле, а отрицательный провод создает отрицательное магнитное поле. Два магнитных поля взаимодействуют и работают друг против друга. Это называется деструктивной интерференцией.

Витые пары уменьшают входящий шум

Помните, что магнитные поля, создаваемые другими кабелями или устройствами, могут создавать помехи в цепи. Размещение проводов цепи в непосредственной близости также может помочь предотвратить это.

Сигнал, проходящий по цепи, противоположен в каждом проводе цепи. Когда сигнал достигает места назначения, устройство, которое получает сигнал, ожидает увидеть противоположные напряжения на каждом проводе.

Однако любое магнитное поле, взаимодействующее с проводами на пути от источника к месту назначения, будет генерировать одинаковое напряжение в каждом проводе. Приемное устройство увидит, что есть общее напряжение, и отклонит его. Это называется отклонением общего режима.

Преимущество скручивания проводов

В обоих случаях размещение проводов близко друг к другу снижает количество помех, входящих в цепь или выходящих из нее. Однако размещение проводов рядом друг с другом не так эффективно, как их скручивание, и вот почему.

Деструктивная интерференция и подавление синфазного сигнала приводят к полной компенсации только тогда, когда две противоположные энергии полностью совпадают.

Когда провода просто рядом друг с другом, они не занимают одно и то же положение. Это означает, что ближайшая цепь почти всегда будет ближе к одному проводу, чем к другому. Точно так же магнитное поле, проходящее мимо, почти всегда взаимодействует с одним проводом раньше, чем с другим.

Когда противоположные сигналы не идеально выровнены, происходит некоторая компенсация, но не полная.

В идеале два провода должны занимать одинаковое положение, чтобы любые близлежащие цепи или источники помех находились на одинаковом расстоянии от каждого провода. Однако в реальном мире это невозможно.

Коаксиальные кабели

— одна из лучших попыток достичь этой цели. Центральный проводник имеет общую ось с внешней втулкой. Это довольно дорого в производстве, сложно заделывать и ограничивает кабель передачей только одного канала.

Скручивание проводов — отличный компромисс, который позволяет кабелю нести множество каналов, при этом провода размещаются очень близко друг к другу, подавляя значительное количество помех.

Конечно, витые провода не занимают одинаковое положение. Но вот что получается: по длине кабеля два провода чередуются. Это приводит к тому, что каждый провод имеет одно и то же среднее положение.

Ближайшая цепь или источник шума может быть ближе к одному проводу в некоторых точках, но ближе к другому проводу в других точках. Это не идеальный метод, но он очень эффективен!

Узнать, почему витые пары работают, — это одно, но также полезно увидеть и услышать разницу своими глазами. В этом разделе вы найдете видео, показывающее, насколько эффективны витые провода для подавления шума по сравнению с разнесенными проводами.

В этом видео я подаю сигнал на красный и черный провода с противоположной полярностью в каждом проводе. Я использую инструмент, называемый индукционным усилителем, который преобразует магнитную энергию в электрическую и воспроизводит ее через динамик.

Вы услышите, что шум наиболее сильный там, где провода расположены дальше всего друг от друга, немного тише, когда провода расположены близко друг к другу, и почти отсутствует, когда провода скручены!

Инструмент, который я использую в этом видео, — это кабельный трассировщик. Это очень полезно для устранения неполадок. Эти инструменты позволяют услышать сигнал на проводе, удерживая зонд рядом с проводом.

Технология витой пары применяется практически везде, куда ни глянь.