Материалы проводников

Основные свойства материалов, применяемых в процессе изготовления кабелей различного назначения, приведены в таблице 3.1. По совокупности признаков для изготовления проводниковых жил используются электротехническая медь, другие материалы применяются редко, только в случае существенны специальных требований по условию эксплуатации. Недостаточная стойкость этой разновидности медик коррозийным поражениям компенсируется применение специальных изоляционных компонентов и контактов (смотрите далее).

С целью снижения уровня затухания проводники горизонтального кабеля изготавливаются из монолитной (Solid)медной проволоки. Отдельные витые пары образуют кабельный сердечник, покрытый общей для всех пар внешней защищенной изоляционной оболочкой толщиной примерно 0.5 – 0.6 мм. Для придания сердечнику определенной структуры в процессе производства и её сохранения во время эксплуатации может применяться обмотка пар полимерными ленточками или нитями. Облегчение разделки некоторых кабелей обеспечивается добавлением под оболочку разрывной нити (rip-cord). При вытягивании эта нить оставляет за собой продолговатый разрез и открывает доступ к кабельному сердечнику.

Таблица 3.1. основные свойства материалов, применяемых при изготовлении жил проводников горизонтальных кабелей

Рисунок 3.2.

По виткам скрутки проводников горизонтального кабеля различают парную и четверочную (рис. 3.2.). Отметим, что при разделении четверочной скрутки проводники одной пары всегда располагаются напротив друг другу. Четверочная скрутка позволяет добиться меньших вешних габаритов кабеля, большей стабильности его конструкций и лучших электрических характеристик, однако кабель с четверочной скруткой более сложен в производстве и разделке и, следовательно, мало распространен в технике СКС. Так, например, в Европе наибольшую популярность конструкции с такой скруткой получили только во Франции. Полному вытеснению этого вида кабелей из практического применения препятствует то его достоинство, что за счет маленьких внешних габаритов он допускает меньший радиус изгиба и занимает меньше место в кабельном канале.

Для уменьшения взаимного влияния пар друг на друга в кабелях с парной скруткой используют различные и некратные шаги скрутки проводников. Выбор конкретного значения шага скрутки обычно определяется особенностями технологического оборудования предприятия - изготовителя, что на практике приводит к большому разнообразию (табл. 3.2.). Он производится таким образом, чтобы во всем диапазоне частот кабеля:

· Сигналы витых пар должным образом воздействовать друг на друга (то есть обеспечивается максимальное переходное затухание);

· В самой витой паре не должны возникать слишком сильные резонансные явления.

· Таблица 3.2. Шаги скрутки (в миллиметрах) витых пор горизонтальных кабелей категории 5 различных производителей [34]

·
В кабелях с четверочной скруткой пары четверки прилегают друг к другу существенно плотнее , однако они электрически развязаны друг от друга за счет того ,что их плоскости в любом месте ориентированы перпендикулярно друг другу.

3.1.2.3. Материалы изоляции проводников
В качестве материала изоляции проводников в кабелях категории 3 обычно используется поливинилхлорид, в кабелях категории 5 и выше широко используются другие материалы с улучшенными электрическими характеристиками , например полиэтилен и полипропилен (табл.3.3). Применяются как сплошные (рис. 3.3а), так и вспененные материалы, причем последние за счет значительно меньших диэлектрических потерь позволяют получить несколько лучшие электрические характеристики , однако являются более дорогими и применяются преимущественно в кабелях с верхней граничной частотой свыше 100 МГц. Толщина изоляционного покрова составляет около 0,2 мм.

Рис. 3.3. Виды изоляционных покровов проводников витой пары : (а)сплошной
б)из вспененного материала
в)из вспененного материала с внутренним слоем сплошной изоляции.

Для изоляции по большей части выбирается материал с коэффициентом пористости (определяется как отношение объема воздушных включении к общему объему образца) не более 0,5. В противном случае изоляционный покров оказывается недостаточно прочным и при прокладке кабелей с небольшим радиусом изгиба сразу или со временем продавливается проводниками , что сопровождается коротким замыканием. Изоляция из вспененного материала, как правило , снабжается верхним слоем из обычного (так называемая foam skin – «конструкция») – см. рис. 3.3б. Помимо снижения диэлектрических потерь, вспененный материал позволяет в принципе получить меньшую величину диэлектрической постоянной (табл. 3.3, где, в частности, приведены данные по обычному и вспененному полиэтилену), что снижает емкость витой пары и дополнительно улучшает ее частотные свойства.
Кроме конструкции , изображенной на рис 3.3б, на практике иногда применяется дополнительный внутренний слой из сплошной изоляции, непосредственно примыкающий к жиле (рис. 3.3в) [50]. Такое решение практически не ухудшает частотные свойства провода и одновременно за счет увеличения эффективного диаметра проводника позволяет заметно улучшить его изгибные свойства.
Таблица 3.3. Основные изоляционные материалы проводников симметричных кабелей СКС.

· *В зависимости от варианта.
3.1.2.4. Внешние оболочки
Для изготовления внешней оболочки наряду с обычным поливинилхлоридом часто применяется материал типа компаунда, который не содержит галогенов и не поддерживает горения , а также так называемые малодымные полимеры. Полному вытеснению поливинилхлорида препятствует тот факт , что переход на оболочку из негорючих материалов увеличивает цену готового продукта примерно на 20-30% , а компаунды, не содержащие галогенов, обладают низкой огнестойкостью. Более подробная информация по этой проблеме содержится в главе 9.
Необходимая в процессе разделки кабелей хрупкость внешней оболочки, обеспечивающая точный и надежный надрез в выбранном месте, достигается добавлением в исходное сырье определенного количества мела.
Внешняя оболочка окрашивается обычно в серый цвет различных оттенков, но встречаются и другие стандартные для конкретного производителя цвета (синий, фиолетовый, белый, красный). Оранжевая окраска в большинстве случаем означает , что оболочка изготовлена из негорючего материала, следовательно, кабель может быть использован для прокладки в так называемых plenum-полостях (см. главу 9). Заказ оболочек различных цветов может оказаться полезным в процессе создания СКС, так как позволит отличать друг от друга кабели соответствующих функциональных секции, разных розеток и категории. Цветовая гамма может меняться в достаточно широких пределах даже на небольших партиях, так как требуется лишь добавление красителя к исходным материалам перед процессом экструзии оболочки. Для минимизации себестоимости готовой продукции при выпуске крупных партий кабеля исходное сырье заказывается определенного цвета.
Конструкции , предназначенные для внешней прокладки, снабжаются полиэтиленом оболочкой, так как этот материал обладает существенно более высокой влагостойкость по сравнению с поливинилхлоридом и огнестойким компаундом . При этом из соображений сохранения единства технологического процесса внешняя полиэтиленовая оболочка наносится на обычную вторым слоем. Известны так же изделия фирмы Mohawk/CDT с гелевым заполнением внутренних пустот сердечника (М56871) для воздушной подвески (М57041) и с броней из гофрированной стальной ленты (М57042).
На внешнюю оболочку наносятся маркирующие надписи, где указывается тип кабеля, диаметр и тип проводников, характеристики оболочки, фирма-производитель и фирменное обозначение кабеля, наименования стандарта и сертифицирующей лаборатории , а также футовые или метровые метки длины. По двум последним параметрам имеются определенные различия между американскими и европейскими кабельными компаниями. Так, основной сертифицирующий лабораторией для американских производителей кабельной продукции является Underwriters Laboratory (UL), европейские изготовители обращаются в датскую испытательную организацию Delta Electronics Testing . Американские кабельные компании в основном применяют футовые метки длины, европейские производители используют метровый дискрет этого параметра .

3.1.2.5. Экранирование горизонтальных кабелей
В зависимости от наличия или отсутствия дополнительных экранирующих покрытий отдельных витых пар и/или сердечника в целом горизонтальные кабели из витых пар подразделяются на экранированные и неэкранированные . При такой классификации принципиально возможно четыре основных типа кабельных изделии, то есть, кроме кабелей без экранов, среди экранированных конструкции следует выделить кабели с общим внешним экраном, с экранами для каждой пары и с одновременным экранированием отдельных пар и сердечника в целом. Экранирования применяют в первую очередь для повышения перемещения помехозащищенности. Некоторые типы экранов придают кабелю дополнительную механическую прочность. Внешний вид различных вариантов кабелей изображен на рис 3.4, на рис 3.5 представлены их поперечные сечения.
Рис.3 .4. Конструкции горизонтальных кабелей.
Рис. 3.5. Структура сердечников и оболочек кабелей различных видов сечения.

Дальнейшее улучшение характеристик кабеля по снижению уровня ЭМИ и повышению помехоустойчивости обеспечивается применением общих многослойных экранов типа “а-оплетка-пленка” или “пленка-оплетка-пленка-оплетка”.

К сожалению, к моменту завершения работы над данной монографией отсутствовала общепринятая терминология по обозначению конструктивных разновидностей горизонтальных кабелей. Производители в каталогах и технической документации часто используют свою собственную систему обозначений. Тем не менее в этой области можно выделить некоторую систему. Кабели с пленочным экраном часто кодируются с использованием буквы F, а наличие экрана в виде оплетки отмечается буквой S . Дополнительно отметим, что конструкции с четверочной скруткой обозначаются аббревиатурой STQ. Кроме того, среди производителей кабельной продукции для построения СКС достаточно распространено явное указание типов экранов как в полном, так и в сокращенном наименовании кабелей, особенно горизонтальных. Общие сведения об используемых далее в тексте обозначениях разновидностей кабелей, конструкции экрана и целях экранирования приводятся в таблицу 3.4.

Областью применения кабелей S/UTP является построение горизонтальной подсистемы СКС при значительном уровне внешних наводок (производственные цеха и другие помещения с источниками сильных электромагнитных полей или при повышенных требованиях к безопасности кабельной системы( защита от несанкционированного доступа). По некоторым данным на этот тип кабеля приходится до 90% объёма выпуска экранированных конструкций [52].
S/STP кабели в сравнении с STP обладаю лучшими характеристиками по защите от внешних помех и по уровню ЭМИ , однако основным их преимуществом перед другими конструктивными решениями являются значительно более высокое (на 10-15 дБ и более при условии правильного монтажа) значение NEXT . На сегодняшний день считается, что обеспечить двухстороннюю передачу линейных сигналов с таковой частотой свыше 250-300 МГц в дуплексном режиме на требуемое стандартами расстояние 90 можно только с использованием конструкции S/STP.
STP и S/STP кабели следует применять во всех случаях, перечисленных для S/UTP кабелей, когда :
*требуется получение длин кабельных сегментов более 90м.
*необходимо построение систем передачи данных, для которых электрические характеристики кабелей категории 5 являются недостаточными.
*должны выполнятся повышение требования по защите от несанкционированного доступа к передаваемой информации.
Параметры кабелей с индивидуальным экранированием каждой пары могут существенно происходить требования категории 5(особенно по параметру NEXT и соответственно по параметру ACR). Следует ,однако иметь ввиду , что пока не существует официально признанных на международном уровне стандартов ни на увеличение длины сегментов , ни на сети, для работы которых электрические характеристики неэкранированных витых пар категории 5,а так же проекта 5е и 6 являются недостаточными.
UTP кабели в сравнении с экранированными обладают следующими преимуществами:
*меньшая стоимость.
*меньшая трудоемкость монтажа и эксплуатации.
*отсутствие повышенных требовании к внутреннему заземляющему контуру здания.
*лучшие массогабаритные показатели.
*меньший радиус изгиба.
Основными преимуществами экранированных конструкции являются потенциально лучшая защита от внешних электромагнитных наводок, повышенная механическая прочность в случая применения оплеточных экранов и лучшая защита от несанкционированного доступа к передаваемой информации. Высокая теплопроводность металлических элементов некоторых типов экранов обеспечивает эффективный отвод тепла, возникающего в проводниках в процессе передачи информации из-за протекания электрического тока. На основании этого некоторые производители гарантируют для производимых ими экранированных конструкций меньшее затухание по сравнению с неэкранированными.
Таблица 3.5. Типовые механические характеристики различных типов горизонтальных 4-парных кабелей.

Дополнительно отметим, что экранированные конструкции существенно снизить экологические нагрузки на окружающую среду при высокой концентрации телекоммуникационного и компьютерного оборудования [53]характерных для офисных помещений.

Однако корректное обсуждение этой проблемы на данном этапе развития техники пока не представляется возможным в первую очередь из-за отстутствия хорошо апробированных на практике и общепризнанных медицинских норм на допустимый уровень воздействия высокочастотного электромагнитного излучения на организм человека и животных. Сравнительная характеристика некоторых механических и эксплуатационных параметров основных вариантов конструкции четырехпарных горизонтальных кабелей приведена в табл.3.5.