Кабели экранированные «витая пара»

Кабели экранированные «витая пара»: конструкция, стандарты, применение и монтаж

Экранированная витая пара (Shielded Twisted Pair, STP) представляет собой кабельную продукцию, предназначенную для передачи данных и слаботочных сигналов в условиях повышенных электромагнитных помех. Её основная функция — обеспечение целостности сигнала и минимизация как излучения вовне (для снижения электромагнитной совместимости), так и влияния внешних помех на передаваемую информацию. Конструктивной основой является одна или несколько пар изолированных проводников, скрученных с определённым шагом, что обеспечивает подавление синфазных помех. Экранирование добавляет дополнительный защитный барьер.

Конструкция и материалы

Конструкция экранированной витой пары является многослойной, где каждый элемент выполняет строгую функцию.

• Жила (Conductor): Изготавливается из медной проволоки (твердотянутая медь) диаметром, соответствующим калибру AWG (чаще всего 22-24 AWG). Может быть однопроволочной (solid) для стационарной прокладки или многопроволочной (stranded) для патч-кордов, требующих гибкости.
• Изоляция жилы (Insulation): Выполняется из полиэтилена (PE), полипропилена (PP) или вспененного полиэтилена (Foamed PE). Материал и технология влияют на волновое сопротивление и затухание сигнала. Толщина изоляции стандартизирована.
• Скрутка пары (Twist): Два изолированных проводника скручиваются вокруг общей оси с определенным шагом (количеством витков на метр). Шаг скрутки различен для каждой пары в одном кабеле, что снижает перекрёстные наводки (NEXT — Near-End Crosstalk).
• Экран (Shield): Ключевой отличительный элемент. Может быть нескольких типов:
  • Фольга: Алюминиевая или алюмополимерная лавсановая лента, обёрнутая вокруг пары или всех пар. Обеспечивает 100% покрытие, но требует наличия дренажного проводника (медная лужёная проволока) для заземления.
  • Оплётка: Плетёная сетка из лужёных медных проволок. Обеспечивает лучшее механическое защитное заземление и долговечность при частых изгибах, но степень покрытия обычно 60-85%.
  • Комбинированные экраны: Сочетание фольги и оплётки (SF/UTP, S/FTP) для максимальной защиты.
• Оболочка (Jacket): Внешний защитный слой из поливинилхлорида (PVC), безгалогенного полиолефина (LSZH), полиэтилена (PE) для внешней прокладки. Определяет механическую, химическую стойкость и пожарную безопасность кабеля.

Классификация и типы экранирования

Классификация определяется стандартом ISO/IEC 11801 и обозначается аббревиатурой в виде X/YY, где X — тип общего экрана, YY — тип экрана для отдельных пар.

Таблица 1. Типы экранирования кабелей витая пара

Обозначение	Название	Конструкция экранирования	Типичное применение
U/UTP	Неэкранированная (UTP)	Экран отсутствует	Офисные среды с низким уровнем помех
F/UTP	Фольгированная (FTP)	Общий экран из фольги вокруг всех пар	Промышленные здания, умеренные помехи
U/FTP	Индивидуально экранированная	Фольга вокруг каждой пары, общего экрана нет	Защита от перекрёстных помех между парами
S/FTP	Экранированная фольгой и оплёткой	Фольга вокруг каждой пары + медная оплётка поверх всех пар	Серверные, ЦОД, среды с экстремальными помехами
SF/UTP	Двойная общая защита	Общий экран из фольги и оплётка поверх него	Промышленные цеха, наружная прокладка
F/FTP	Полностью фольгированная	Фольга вокруг каждой пары + общая фольга поверх всех пар	Высокоскоростные приложения (10GbE+), длинные линии

Категории и электрические характеристики

Категория кабеля определяет его полосу пропускания и, как следствие, максимальную скорость передачи данных. Для экранированных кабелей требования к параметрам затухания и перекрёстных наводок строже, чем для неэкранированных аналогов той же категории.

Таблица 2. Основные категории экранированных кабелей

Категория	Полоса пропускания	Макс. скорость передачи данных	Применяемые стандарты	Примечания
Cat.5e	100 МГц	1 Гбит/с (1000BASE-T)	IEEE 802.3ab	Базовый уровень для экранированных решений
Cat.6	250 МГц	1 Гбит/с, до 10 Гбит/с на 55 м	IEEE 802.3an (частично)	Часто имеет разделительный крест (spline)
Cat.6A	500 МГц	10 Гбит/с (10000BASE-T)	IEEE 802.3an	Обязательна для 10GbE на 100 м, часто S/FTP
Cat.7	600 МГц	10 Гбит/с и выше	ISO/IEC 11801, не IEEE	Обязательно экранирование каждой пары (S/FTP). Разъём GG45/TERA.
Cat.7A	1000 МГц	до 40 Гбит/с на 50 м	ISO/IEC 11801	Перспектива для 25/40GBASE-T
Cat.8/8.1, 8.2	2000 МГц	25/40 Гбит/с на 30 м	IEEE 802.3bq	Только для ЦОД, экран S/FTP, жёсткие требования к монтажу.

Области применения и выбор кабеля

Экранированная витая пара применяется там, где неэкранированный кабель (UTP) не может гарантировать стабильность работы из-за электромагнитной обстановки.

• Промышленные сети (PROFINET, EtherNet/IP)</strong: В цехах с силовым электрооборудованием (частотные приводы, сварочные аппараты, мощные двигатели). Используются кабели с общим экраном из фольги и оплётки (SF/UTP) в оболочке из PUR или PVC для стойкости к маслам и механическим воздействиям.
• Центры обработки данных (ЦОД): Для межстоечных соединений на 10 Гбит/с и выше. Категории 6A и выше с экранированием S/FTP для минимизации внешних наводок и обеспечения высокой плотности трафика.
• Медицинские учреждения: Для оборудования, чувствительного к помехам (диагностическое, лабораторное), и для соблюдения норм электромагнитной совместимости.
• Уличная и наружная прокладка: Кабели с экраном из гофрированной стальной ленты или оплётки, защитной оболочкой из PE, устойчивой к УФ-излучению и перепадам температур. Экран защищает от атмосферных электрических разрядов.
• Структурированные кабельные системы (СКС) в зданиях с силовыми линиями: При параллельной прокладке с силовыми кабелями на длинных участках без соблюдения достаточного расстояния.

Особенности монтажа и заземления

Эффективность экранированного кабеля на 100% зависит от правильности монтажа и заземления. Ошибки на этом этапе сводят на нет все преимущества конструкции.

• Непрерывность экрана: Экран должен быть непрерывным на всём протяжении линии, включая коммутационные панели, розетки и патч-корды.
• Заземление: Экран должен быть заземлён только с одной стороны линии (чаще на стороне кроссовой или активного оборудования) для предотвращения образования контура заземления, который может стать антенной для наводок промышленной частоты. В крупных системах заземление выполняется по топологии «звезда» к главной заземляющей шине (ГЗШ).
• Соединительная арматура: Необходимо использовать экранированные розетки, патч-панели и коннекторы (RJ-45 с металлическим корпусом). При обжиме коннектора экран кабеля должен иметь надёжный контакт с металлической частью коннектора.
• Целостность оболочки: При разделке кабеля нельзя допускать повреждения экрана на большую длину. Использование специальных инструментов для снятия изоляции с экранированных кабелей обязательно.
• Маркировка: Чёткая маркировка заземлённых и незаземлённых концов для исключения ошибок при расширении системы.

Преимущества и недостатки по сравнению с UTP

Преимущества:

• Высокая устойчивость к внешним электромагнитным помехам (EMI/RFI).
• Снижение собственного электромагнитного излучения, что важно для выполнения норм EMC.
• Возможность передачи данных на более высоких частотах и большие расстояния в зашумлённой среде.
• Защита от электростатических разрядов (ESD).

Недостатки:

• Более высокая стоимость кабеля и компонентов.
• Увеличенный диаметр и меньшая гибкость кабеля.
• Сложность и трудоёмкость монтажа, требующая квалификации персонала.
• Необходимость организации качественного заземления, что не всегда возможно в старых зданиях.
• При неправильном заземлении эффективность защиты падает, а помехи могут усилиться.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Обязательно ли заземлять экран витой пары?

Да, обязательно. Незаземлённый экран не выполняет своих защитных функций и может работать как антенна, улавливая помехи. Однако критически важно заземлять экран правильно — в одной точке, чтобы избежать контуров заземления.

Можно ли использовать экранированный кабель в обычном офисе?

Технически — да, но экономически нецелесообразно. В офисе с низким уровнем помех достаточно кабеля UTP категории 6 или 6A. Использование STP/FTP приведёт к избыточным затратам без ощутимой пользы, а при отсутствии правильно организованного заземления может даже ухудшить ситуацию.

В чём разница между FTP (F/UTP) и STP (S/FTP)?

Терминология устарела и неоднозначна. Сейчас корректнее использовать обозначения по ISO/IEC. «FTP» обычно означает кабель с одним общим экраном из фольги (F/UTP). Под «STP» часто подразумевают кабели с экранированием каждой пары и общим экраном из оплётки (S/FTP), что обеспечивает максимальную защиту. S/FTP дороже и толще, чем F/UTP.

Какой кабель выбрать для промышленной сети: с оплёткой или только с фольгой?

Для стационарной прокладки в условиях сложных электромагнитных помех предпочтительнее комбинированный экран (фольга + оплётка, SF/UTP). Оплётка обеспечивает лучшее заземление на высоких частотах и более устойчива к многократным изгибам и вибрациям, характерным для промышленных объектов. Кабель только с фольгой (F/UTP) может быть повреждён при частых перемещениях.

Совместимы ли экранированные и неэкранированные компоненты в одной линии?

Категорически не рекомендуется. Использование неэкранированной розетки или патч-корда в линии с экранированным кабелем разрывает экран, делая всю систему защиты неэффективной. Все компоненты линии (кабель, розетки, патч-панели, коннекторы) должны быть экранированными.

Требуется ли специальный тестер для проверки экранированных линий?

Да. Помимо стандартных тестов на длину, обрыв, короткое замыкание, перекрёстные наводки (NEXT, ACR) и возвратные потери (RL), для экранированных кабелей обязателен тест на целостность экрана (Shield Continuity) и правильность заземления. Профессиональные сертификационные анализаторы кабельных систем (например, от Fluke Networks) имеют соответствующие функции.

Правда ли, что экранированный кабель имеет меньшую максимальную длину сегмента?

Нет, это неверно. Максимальная длина постоянной линии для экранированного кабеля той же категории, что и UTP, стандартом определена в те же 100 метров (90 м горизонтальной кабельной системы + 10 м шнуров). Для Cat.8 длина ограничена 30 метрами, независимо от типа экранирования.