Кабель "витая пара" - виды, категории и характеристики

23.01.2020

Кабель "витая пара" - виды, категории и характеристики

До приобретения подходящего кабеля стоит разобраться, что же это такое – «витая пара» и как правильно выбрать продукт, ориентируясь на имеющуюся маркировку.
«Витая пара» - разновидность кабеля связи, состоящего из одной или нескольких пар металлических проводков с изоляцией. Они сплетены небольшим количеством витков и имеют защитную оболочку из пластика.
В процессе изготовления проводники определенным образом свиваются, что повышает связь между парными проводниками. Впоследствии электромагнитные помехи внешних источников уменьшаются, а также взаимные наводки в процессе передачи противофазного сигнала.
Чтобы снизить вероятность связи кабелей из отдельных пар сплетение пар у кабелей категории 5  и выше производится с применением разного шага.
Структурированные кабели – это настоящая современная система, неотъемлемой частью которой являются витые пары. Они широко применяются в различных сферах – для передачи видеосигналов, в локальных сетях, телефонных линиях, в передаче электронных сигналов.
Витые пары подвергаются усовершенствованию и сегодня успешно используются как физическая среда для проводки сигналов в различных технологиях, в том числе в локальных сетях стандарта Ethernet.

Разновидности кабелей

Выпускаются витые пары различных конструкций, некоторые из них имеют экран. Для домашних и офисных сетей, покрывающих незначительные площади, без помех от разных источников, допускается использование кабелей без экранирования. При значительных расстояниях и на участках, куда достигают электромагнитные наводки, рекомендуется прокладка кабелей, оснащенных экраном. Защитный экран исключает электромагнитные помехи любого происхождения.  Он на протяжении всей длины присоединен к проводу, выполняющему роль дренажа без изоляции. Дренажный кабель объединяет экран, если произошло его отсоединение при перекручивании или растяжке кабеля. В сетях ЛВС, LAN, функционирующих на скорости 100 или 1000 Мбит/сек. чаще используются кабели без экранирования. Но, специалисты напоминают, что согласно утвержденных стандартов установка высокоскоростной сети  10 Гбит/с и выше подразумевает использование кабелей, имеющих защитные экраны. 



  • UTP или U/UTP (витая пара, у которой защитный экран отсутствует;
  • FTP или F/UTP – у кабеля имеется защита в виде одного внешнего фольгированного слоя;
  • STP – каждая пара проводников оснащена экраном и внешняя сторона кабеля покрыта защитным материалом, напоминающим сетку;
  • SSTP или S/FTP – каждая из пар проводников покрыта слоем материала - фольги, внешне кабель защищен экраном;
  • U/STP – у кабеля нет общего экрана, но каждая пара покрыта защитным слоем фольги;
  • SFTP или SF/UTP – каждая отдельная пара снабжена индивидуальной защитой, кабель оснащен двумя внешними экранами – фольгированным и сеткой из меди. Между ними проложен проводник-дренаж.




Присутствие и разновидность экрана является основным отличием у витых пар. Он не допускает вмешательство помех извне, например, если невозможен монтаж пары отдельно от силовых кабелей. Производители могут включать дополнительные значения в маркировку, исходя из структурного состава кабеля, например:

  • AWG (калибр) – толщина провода согласно американской системы маркировки. 

  • Моножила – кабель широко распространен благодаря невысокой стоимости. Ее используют для укрепления участков прокладки, которые чаще изгибаются и для создания патчкорда – части кабеля определенного размера, имеющего на концах коннекторы, соединяющие два прибора. 

  • Диаметр – минимальный - 0,4, максимальный - 0,64 мм. По стандартным требованиям для изготовления кабелей 5 и 6 категории применяют жилы, диметр которых не меньше 0,51 мм или 24AWG. 

  • Количество пар – может достигать тысячи.  Для компьютерных систем достаточно 4-х парного кабеля. Причем, функционирование всех пар происходит только в том случае, если скорость передачи данных не выше 1 Гбит/с. При скорости до 100 Мбит/с можно прокладывать 2-х парный кабель.

  • Качество внешних оболочек – как и в случае с остальными кабелями, у витых пар она связана с условиями электромонтажа, реализацией, поддержкой и восстановлением качества технической системы.

 


Разновидности оболочек:

РVС - из пластиката поливинилхлорида. Предназначен для внутреннего использования.

РР – из термопластичного полимера пропена.  Предназначен для наружной проводки, выдерживает высокую температуру – до +140 градусов по Цельсию.

РЕ – из термопластичного полимера этилена. Для открытого (наружного) проведения.

FR – кабель с огнезащитой. Функционирует в условиях открытого огня в течение заданного времени. Современные стандарты выделяют три вида огнестойких покрытий, рассчитанных на полчаса, 1,5 часа и 3 часа.

LS – оболочка из материала со сниженным дымовыделением в процессе горения.

– материал покрытия Зеро Галоген, не выделяющий ядовитых галогеновых газов во время горения.

В – кабель обвит броней, в качестве которой чаще применяют ленту из стали.

С – кабель с тросом, натягивающим его между зданиями или сооружениями.

Чтобы идентифицировать и указать назначение материала оболочки, производители используют различные цвета. Так, если она черного цвета, значит кабелю не страшна сырость. Материал, стойкий к горению, обычного оранжевого оттенка. А для внутреннего использования в жилых домах и офисах лучше брать светло-серые сетевые кабели, они подходят для подобного.

Если продукт отмечен маркировкой  U/UTP 4 саt.5e sоlid 24АWG LSZH, то она расшифровывается следующим образом:

  • у кабеля нет экранирования;
  • у продукта витых пар 4, каждая состоит их двух жил;
  • состоит из четырех пар по 2 проводника;
  • кабель пятой категории;
  • проводник типа «solid» - однопроволочный;
  • жила 0,51 мм диаметра;
  • оболочка выполнена из безгалогенного материала, со сниженным выделением дыма.



Из чего может быть выполнен проводник?

Они изготавливаются из металлов и биметалов, например, из алюминия с омеднением. Первые проводники были только медными. Однако, медь дорого стоила, поэтому появились витые пары из алюминия, а позднее и удешевленные биметаллические.

Но, что говорят специалисты о долгосрочной эксплуатации кабелей  экономных вариантов? Как оказалось, чтобы продукт служил долго и без нареканий, все же лучше выбирать проводники из меди.

  • Проводники из алюминия (Аl) – металл весит практически в три раза меньше, чем медь и стоит в разы меньше. И это все преимущества алюминия. Он обладает электропроводностью в  1,7 раз ниже медной, поэтому его сопротивляемость гораздо выше, что приводит к потере сигналов при прокладке слишком длинного кабеля. Алюминий является аморфным материалом и с течением времени происходит его «протечка» за пределы контактов, из-за чего происходит полное исчезновение сигнала. Кроме того, он окисляется, контактируя с воздухом и кабель утрачивает функцию проводника. Этот металл не такой эластичный, как медь, поэтому при скручивании пары и прокладке возможно нарушением целостности.
  • Проводники из алюминия с медной оболочкой (ССА) – медь защищает алюминиевый провод от окислительных процессов, из-за чего качество связи не снижается. Такой продукт дешевле кабеля из меди, но речь идет о разнице в 12-17%, так как изготавливать его сложнее, чем из одного металла. Биметаллический кабель обладает более высокой проводимостью, но и по этому показателю он уступает медному. И его вес меньше, чем у продукта из меди. Но, стоит отметить, что кабель из биметалла нельзя применять для технологии Power over Ethernet. В такой системе устройство питается при помощи кабелей, а сопротивляемость алюминия выше, чем у меди и движение постоянного тока будет происходить по сечению всей жилы, сердцевина которой алюминиевая. Не в пользу биметаллического кабеля говорит и тот факт, что приобрести продукт хорошего качества оказывается весьма непросто.  Тестирование часто выявляет несоответствие товара заявленным параметрам. Также практика показала, что даже 60-70 метровая сеть при использовании кабеля из омедненного алюминия в большинстве случаев оказывается нефункциональной или работает с перебоями, несмотря на небольшую протяженность.

  • Медные проводники (Си) – витые пары из меди отличаются более высоким качеством, они увеличивают длительность эксплуатации сети и обеспечивают снижение затрат на ее техобслуживание. Но, стоит брать во внимание, что медные пары обойдутся гораздо дороже, чем проводники с омеднением.    

 

Есть две технологии выполнения проводников: Солид – цельная жила из медного куска и Stranded – скрученные тоненькие проводки. Скрученный кабель более гибок, его рекомендуется использовать для участков с наибольшей подвижностью, например, рядом с рабочими местами. Цельный кабель уступает скрученному по гибкости, но он отличается долговечностью, поэтому его чаще используются для прокладки наружных и внутренних постоянных сетей.

Каждая жила пары имеет маркировку сечения, соответствующая нормативам AWG. Например, сечение 0,13 мм² обозначается как 26 AWG. Параметр определяет толщина жилы без учета изоляционной оболочки.

Стоит отметить, что у проводников, обладающих большей толщиной, показатель AWG меньше. Это значит, что витая пара обладает лучшими характеристиками, так как жила с большим сечением отличается наименьшим сопротивлением. То есть качество кабеля, калибр проводников витых пар которого составляет  22 AWG, выше, чем у кабеля с сечением жил 24 AWG. Но, и цена продукта окажется выше, так как он содержит больше медного компонента.

У кабелей, относящихся к категории 5е, сечение жил составляет 24. А в кабелях высших категорий 6, 7, 7а используются проводники с сечением 23 AWG, реже - 22.




Классификация категорий кабелей витых пар

Различают кабели семи категорий, нумерация которых начинается с Cat.1 и завершается Cat.7. Этот показатель указывает, каким эффективным пропускным частотным диапазоном обладает кабель. Чем больше витых пар и выше частота витков, тем выше категория и качественнее его эксплуатационные характеристики кабелей.

Cat.2 – такой кабель с частотой 1-4 МГц применялся для уже устаревших терминалов.Состоит из двух витых пар, не указан в описаниях EIA/TIA. Оказывал поддержку передачи данных при скоростях, не превышающих 4 Мбит/с. Для современной высокоскоростной системы не используется. Редко можно встретить в телефонных узлах, в начале 2-х тысячных был снят с производства.
Cat.3 – кабель с частотой 16 МГц. Кабель со стоит из 4-х витых пар. Его прокладывают при установке сетей телефонной или интернет-связи, выполненных по технологии «маркерное кольцо» и Ethernet стандарта 10BASE-T. Способен поддерживать скорость до 10 Мбит/с, а при технологии Ethernet до 100 Мбит/с, но если расстояние не превышает сотни метров. Кабель категории Cat.3 отличается от Cat.1 и Cat.2 еще и тем, что соответствует стандартным нормативам IEEE 802.3. Сегодня его не производят, но иногда применяют в процессе прокладки линий телефонной связи.
Cat.4 – частоты 20 МГц.4-х парный кабель, проводники  которого скручены по парам. Применялся в сетях, выполненных по технологиям «маркерное кольцо», 10 BASE Т и Т4. Одна пара может передавать данные на скорости, не превышающей 16 Мбит/с. Можно обнаружить в старых сетях, но приобрести вряд ли получится, так изделие также снято с производства.Cat.5 – частоты 100 МГц. Кабель состоит из 4-х витых пар. Его использовали во время построения локальной сети  формата 100BASE-ТХ, прокладывали телефонные линии. При применении двух пар позволял поддерживать скорость интернета до 100 Мбит/с.

Cat.5e – частоты 100 МГц. Является усовершенствованной, уточненной версией 4-парного кабеля предыдущей категории. Обеспечивает передачу данных до 100 Мбит/с с двумя парами и до 1000 Мбит/с с четырьмя. Кабель данной категории приобрел широкое распространение в монтаже вычислительных сетей. Иногда можно встретить 2-парные кабели 5e. Плюсы у продукта имеются – это низкая стоимость и меньшая толщина.

Cat.6 – частоты 250 МГц. Используется в сети Ethernet стандартов Фаст и Гигабит. Кабель содержит четыре пары витых жил и обеспечивает скорость передачи информации до 10 Гбит/с на расстоянии до 55 метров. В июне был включен в нормативные документы стандарта.

Cat.6a – частоты 500 МГц. Используется при прокладке сетей Ethernet Гигабит. В кабеле 4 пары проводников, обеспечивающих передачу данных со скоростью до 10 Гбит/с. Расстояние передачи достигает сотни метров. В начале 2008 года включен в нормативные документы стандарта ISO/IEC 11801:2002, вторая поправка. Кабель Cat.6a оснащен общим экраном или каждая пара экранирована отдельно.

Cat.7 – частоты 600 МГц. Кабель данной спецификации утвержден только международной организацией по стандартизации ISO 11801. Передает данные на скорости до 10 Гбит/с, оснащен общим экраном, каждая пара проводников также экранирована.

Cat.7a – частоты 1200 МГц. При расстоянии до 50 м передает данные со скоростью, достигающей 40 Гбит/с, при расстоянии не более 15 м скорость передачи возрастает до 100 Гбит/с. Кабель экранирован, как и каждая пара проводников.

Cat.8/8.1 – частота 1600-2000 МГц. Кабель данной категории еще разрабатывается, но уже указан в технической рекомендации ISO/IEC TR 11801-99-1, международном стандарте ISO 11801 ( в третьей редакции для Cat. 8.1) и американском стандарте для Саt.8 - ANSI/TIA-568-C.2-1. Обладает полной совместимостью с кабелями категории 6А. Если кабели замыкаются стандартными коннекторами 8P8C, то информация может передаваться со скоростью до 40 Гбит/с. Кабели Cat.8/8.1 оснащены общим экраном или же экранирована каждая пара проводников.

Cat.8.2 – частота 1600-2000 МГц. Разработка кабеля данной категории еще продолжается, он отвечает требованиям международного стандарта ISO 11801, третья редакция. Его можно совмещать с кабелями Cat. 7А. Обеспечивает передачу данных со скоростью до 40 Гбит/с при применении коннекторов 8P8C, GG45/ARJ45 и TERA. У кабеля присутствует общий защитный экран и индивидуальное экранирование отдельных пар проводников. 


Преимущества применения витых пар

При сравнении коаксиального шнура и витой пары можно отметить плюсы последней:
  • она лучше защищает потоки данных от помех благодаря особенной структуре;
  • при использовании витой пары для при значительном расстоянии чистота четкость сигнала сохраняется, особенно если использовать экранированный кабель с заземлением;
  • рекомендуется применять витую пару на участках, где повышено электромагнитное излучение;
  • линия с таким кабелем передает одновременно различные сигналы – аудио, видео, телеметрию.
Но, чтобы воспользоваться всеми преимуществами витой пары рекомендуется выбирать качественный продукт, в котором шаги скрутки проводников точно сбалансированы. Тогда отдельные пары не будут оказываться друг на друга отрицательное воздействие. 

Схемы соединений

Чаще всего сетевые коннекторы называют RJ-45, но, более грамотно их именовать 8P8C, так как RJ – это аббревиатура стандарта эр-джей - стандартизированного физического сетевого интерфейса, который описывает конструкторское строение обоих частей разъемных соединений. Тип схемы обжима зависит от нескольких факторов – назначения транка, особенностей применяемых технологических решений и стандарта сети. В некоторых случаях используется схема прямого обжима, но, иногда требуется обратный – перекрестный метод обжимки патчкордов. При прокладывании локальной вычислительной сети Ethernet чаще используют схемы 568А и 568В. Их применение соответствует требованиям стандартных нормативов, предъявляемых к кабельным системах зданий, предназначенных для коммерческого использования. При использовании стандартных схем сводятся к минимуму вероятности наводок между проводками одной пары, поэтому целесообразно их применять для сетей с высокой нагрузкой.