Медный кабель в структурированной кабельной системе
СКС — это система, обеспечивающая физическую инфраструктуру для передачи данных и сигналов между различными устройствами в здании. Она является основой большинства инженерных систем, поскольку все устройства, от интернета и телефонов до систем безопасности и управления, зависят от стабильной передачи данных. Главную роль в СКС играют кабели, которые обеспечивают передачу сигналов.
Горизонтальная подсистема, согласно стандарта ГОСТ Р 53246-2008, представляет собой сеть кабелей, которые прокладываются внутри зданий, соединяя компьютеры и другие устройства на разных этажах. Это и есть так называемый "медный сегмент", так как в большинстве случаев для таких систем используются медные кабели.
Материал жилы кабеля
От качества кабеля зависит, насколько эффективно и надежно будут работать все системы здания. Жилы кабеля — это проводники, которые могут быть выполнены из различных металлов, но для СКС критично важен именно медный кабель.
Медная жила кабеля является ключевым элементом, и использование меди — не случайность. Медь проводит электричество гораздо лучше, чем алюминий или сталь. Однако важно, чтобы медь была чистой, без примесей, поскольку они могут ухудшить проводимость и привести к плохим электрическим характеристикам. В соответствии с приведенным графиком видно, что наихудшими примесями для меди является железо и фосфор. Они сильнее всего повышают удельное сопротивление меди, от чего и зависит проводимость металла. Также медь не должна иметь окисных пленок, так как они снижают качество и долговечность контакта в местах соединений.
На величину проводимости оказывает также влияние наклеп, т. е. пластическая деформация металла в результате его механической обработки (прокатка, волочение). С увеличением пластической деформации металла его проводимость падает. Наклепанная медная проволока, следовательно, имеет более высокое удельное электрическое сопротивление по сравнению с ненаклепанной медной проволокой. Устранить этот дефект можно отжигом металла при определенной температуре. Электрическое сопротивление металла при этом восстанавливается до прежней величины. Следует учитывать, что излишне высокие температуры отжига могут ухудшить механические свойства отожженного металла.
Процесс изготовления жилы
Медная жила изготавливается методом волочения — процесс, при котором медная проволока пропускается через специальные фильеры, уменьшающие её диаметр. Чем больше фильер она проходит, тем тоньше становится проволока. Этот процесс определяет такие параметры, как AWG (American Wire Gauge), который указывает на диаметр проволоки. Подробнее ознакомиться со справочником по AWG вы можете по ссылке: https://lan-union.ru/articles/spravochnik-awg
Изоляция жилы
Затем, на жилу наносится слой изоляции. Изоляция жилы играет важную роль не только с точки зрения защиты от коротких замыканий, но и для обеспечения частотно-волновых характеристик и долговечности кабеля. Обычно используется полиэтилен с особым составом, который сохраняет электрические свойства и защищает кабель от внешних воздействий, таких как температура, влажность и механические повреждения.
Важным параметром при изготовлении жилы является стремление к идеальному эксцентриситету. Жила кабеля должна быть идеально круглой по форме, иметь постоянный диаметр на всей длине и равномерное покрытие изоляцией. Даже малейшие отклонения от идеальной формы могут привести к ухудшению электрических параметров кабеля. Вот основные из них:
- Электрическое сопротивление. Овальность или неравномерность сечения жилы приводит к изменению сопротивления по длине. Это может вызвать разбаланс сопротивлений между парами, что ухудшает симметрию передачи сигнала.
- Импеданс. Витая пара должна иметь строго заданное волновое сопротивление (обычно 100 Ом ± 15%). Отклонение формы жилы влияет на распределение электрического поля и изменяет импеданс, что ведет к отражениям сигнала и ухудшению передачи данных.
- Емкость и разбаланс емкости. Неравномерность диаметра жил изменяет расстояние между проводниками и изоляцией. Это вызывает нестабильность емкости кабеля, что ухудшает передачу высокочастотных сигналов.
- Вносимые потери. При отклонении жилы от круглой формы ухудшается равномерность распределения тока по сечению проводника (эффект скин-слоя). Это увеличивает потери сигнала, особенно на высоких частотах.
- Перекрестные наводки. Овальность жилы может повлиять на равномерность скрутки пар и баланс сигналов. Это увеличивает уровень электромагнитных наводок между парами, ухудшая качество передачи данных.
- Время распространения сигнала и разброс задержек. Различие в диаметре жил ведет к разной скорости распространения сигнала в разных парах. Это критично для высокоскоростных Ethernet-сетей, где важно синхронное прохождение сигналов по всем парам.
- Прочность и долговечность кабеля. Овальная форма жилы снижает механическую прочность, делает ее более уязвимой к изгибам и механическим повреждениям. Неравномерность изоляции, вызванная неидеальной формой жилы, может привести к ускоренному старению и снижению эксплуатационного срока кабеля.
Пример отклонения жилы от идеальной формы:
Скрутка жил кабеля
Кабель состоит из восьми попарно скрученных проводников, которые позволяют эффективно передавать данные на высоких частотах. Каждая пара проводников изолирована и скручена с определённым шагом. Это позволяет снизить электромагнитные помехи, минимизировать перекрестные наводки, обеспечить устойчивость сигнал. Чем выше частота передачи данных, тем важнее плотность и равномерность скрутки. Для 10 Gbps Ethernet (Cat6A, Cat7) требуется очень точный контроль шага скрутки, чтобы избежать задержек и искажений сигнала.
Соответсвие стандартам
Оболочка кабеля изготавливается из компаунда, который обеспечивает соответствие стандартам ГОСТ и безопасности. Комплексная оболочка необходима для защиты кабеля от внешних факторов и для соблюдения требований по противопожарной безопасности. Нужно не забывать, что не оболочка кабеля является «негорючей» или «бездымной», а только весь кабель со всеми элементами конструкции.
Контроль производства
Критическое значение для обеспечения стабильных характеристик продукции имеет измерение и фиксация промежуточных показателей качества на линии производства кабеля «витая пара». Процесс экструзии изоляции, скрутки пар, нанесения оболочки и экранирования требует постоянного мониторинга параметров, таких как:
- Диаметр жилы и изоляции – влияет на сопротивление и емкость кабеля.
- Шаг скрутки – критичен для предотвращения перекрестных наводок.
- Равномерность оболочки – важно для механической защиты и долговечности.
Если измерения проводятся в режиме реального времени, можно оперативно скорректировать параметры производства, минимизируя брак.
Заключение
Как видно, каждое из этих звеньев влияет на конечную стоимость кабеля, который в свою очередь играет фундаментальную роль в обеспечении долговечности и стабильности работы СКС. Экономия и отклонение от нормального процесса снижает себестоимость и влияет на конечную цену, но приводит к двум проблемам:
- Очевидная – кабельная линия не прошла испытания. Ее можно устранить оперативно.
- Не очевидная – характеристики кабеля деградируют по прошествии 1- 5 лет эксплуатации. Устранить это гораздо сложнее. Приходится «резать по живому», то есть устранять проблемы в процессе работы предприятия.
Для того, чтобы бы избежать этих рисков:
- Не судите о кабеле только сточки зрения внешних атрибутов и цены. Требуйте очевидных доказательств!
- Обязательно требуйте, как минимум, испытаний сертифицированным тестером.
- Пользуйтесь вендорами, предоставляющими длительную гарантию на сохранение установленных характеристик кабельной линии в течении 25 лет. Подробнее о 25-летней системной гарантии от компании Лан Юнион:
https://lan-union.ru/articles/garantiya-i-sertifikaciya-na-sks-ot-proizvoditelya-lanyunion
