Парные кабели

Парные кабели: конструкция, классификация, применение и стандарты

Конструкция и основные элементы парных кабелей

Парный кабель представляет собой кабельное изделие, в основе конструкции которого лежит одна или несколько изолированных токопроводящих жил, скрученных попарно. Эта скрутка (витая пара) является фундаментальным элементом, определяющим электрические и эксплуатационные характеристики кабеля.

• Токопроводящая жила: Изготавливается из меди или медных сплавов (реже – из алюминия с медным покрытием). Бывает монолитной (solid) для стационарной прокладки или многопроволочной (stranded) для применения в условиях вибраций и многократных изгибов.
• Изоляция: Наносится на каждую жилу для обеспечения электрической развязки между ними. Материалы изоляции:
  • Поливинилхлорид (ПВХ): Наиболее распространен для кабелей общего назначения. Имеет различные исполнения по горючести (ПВХ, НГ-LS, НГ-HF).
  • Полиэтилен (ПЭ): Используется в кабелях для наружной прокладки, устойчив к УФ-излучению и влаге.
  • Вспененный полиэтилен (Foamed PE): Применяется в высокочастотных кабелях связи для снижения диэлектрических потерь.
  • Фторопласт (PTFE): Для работы в условиях высоких температур и агрессивных сред.
• Скрутка (витая пара): Две изолированные жилы скручиваются с определенным шагом. Разный шаг скрутки для соседних пар в одном кабеле является основным методом снижения перекрестных помех (Near-End Crosstalk, NEXT).
• Оболочка: Защищает внутренние элементы от механических, химических, климатических воздействий. Материалы оболочки аналогичны материалам изоляции (ПВХ, ПЭ, полиуретан, безгалогенные составы). Часто применяются композитные оболочки для кабелей наружной прокладки (ПЭ + ПВХ).
• Экран: Используется для защиты от внешних электромагнитных помех и снижения излучения самого кабеля.
  • Фольга: Алюминиевая или полиэстеровая фольга с дренажным проводником. Образует экран для каждой пары индивидуально (F/UTP) или общий для всех пар (U/FTP).
  • Оплетка: Медная или луженая медная оплетка. Обеспечивает лучшую защиту на низких частотах и более высокую механическую стойкость.
  • Комбинированный экран: Фольга + оплетка (SF/UTP, S/FTP) для максимального уровня защиты.
• Разделительный корд: Неметаллический элемент (нить, пластиковая пленка), добавляемый для придания кабелю круглой формы, повышения механической прочности и стабильности электрических параметров.

Классификация парных кабелей

Парные кабели классифицируются по нескольким ключевым признакам.

1. По наличию и типу экранирования:

2. По электрическим характеристикам (категории для кабелей СКС):

Категория определяет полосу пропускания и, как следствие, максимальную скорость передачи данных.

*При определенных условиях и длинах линий.

3. По условиям применения:

• Внутренней прокладки: С оболочкой из ПВХ с пониженным дымовыделением (LS) или безгалогенной (HF).
• Наружной прокладки: С оболочкой из светостабилизированного полиэтилена, стойкого к УФ-излучению и осадкам. Часто имеют гидрофобный заполнитель.
• Прокладки в грунте: Бронированные кабели с гофрированной стальной лентой или проволочной броней поверх влагозащитной оболочки.
• Промышленные: Повышенной стойкости к маслам, химикатам, температуре, механическим воздействиям. Часто имеют экранирование и соответствуют стандартам (например, IEEE 1613).

Электрические параметры и характеристики

Качество передачи сигнала по парному кабелю определяется набором первичных и вторичных параметров.

Первичные параметры (на постоянном токе/низкой частоте):

• Сопротивление жилы (R): Зависит от материала, сечения и температуры.
• Сопротивление изоляции: Характеризует качество изоляционного материала.
• Емкость (C): Между жилами одной пары и между жилами разных пар.
• Индуктивность (L): Обусловлена магнитным полем вокруг проводников.

Вторичные параметры (на высокой частоте):

• Волновое сопротивление (импеданс): Номинальное значение для кабелей СКС – 100 Ом, 120 Ом (для некоторых телекоммуникационных), 150 Ом (устаревшие стандарты). Допуск обычно ±15 Ом.
• Затухание (Insertion Loss): Ослабление сигнала при прохождении по кабелю. Зависит от частоты, длины кабеля и температуры.
• Перекрестные наводки на ближнем конце (NEXT): Помеха, передающаяся с одной пары на другую на конце кабеля, ближнем к передатчику. Критичный параметр для двусторонней связи.
• Перекрестные наводки на дальнем конце (FEXT): Аналогично NEXT, но измеряется на дальнем конце кабеля.
• Суммарная мощность переходных помех (PSNEXT, PSFEXT): Учитывает влияние всех пар в кабеле одновременно.
• Возвратные потери (Return Loss): Отражение сигнала обратно к источнику из-за неоднородностей волнового сопротивления.
• Затухание при передаче мощности (IL): Важно для технологий PoE (Power over Ethernet).

Нормируемые электрические параметры для кабеля U/FTP Cat 6A (100 Ом, 20°C)

Области применения парных кабелей

1. Структурированные кабельные системы (СКС): Основа локальных вычислительных сетей (ЛВС) для передачи данных (Ethernet).
2. Телефония: Для аналоговых и цифровых телефонных линий (часто используются кабели с 2, 4 парами).
3. Системы видеонаблюдения: Передача видеосигналов и питания по PoE.
4. Системы контроля и управления доступом (СКУД), охранно-пожарная сигнализация (ОПС): Передача данных и питания для датчиков, считывателей.
5. Промышленные сети (PROFIBUS, PROFINET, EtherNet/IP): Специализированные промышленные кабели с усиленной защитой.
6. Аудиосистемы: Для передачи цифровых аудиосигналов (например, AES/EBU).
7. Кабельные линии связи: Магистральные и абонентские кабели связи с большим числом пар (до 1000 и более).

Стандарты и нормативные документы

Производство и testing парных кабелей регламентируется национальными и международными стандартами.

• Международные: ISO/IEC 11801 (СКС), TIA/EIA-568 (СКС, США).
• Национальные (Россия): ГОСТ Р 53246-2008 (основывается на TIA/EIA-568-B), ГОСТ Р 54429-2011 (кабели связи), серия ГОСТ Р МЭК 61156 на симметричные кабели цифровой связи.
• Отраслевые: IEEE 802.3 (Ethernet), МЭК 60529 (степень защиты IP).

Монтаж и эксплуатация

Правильный монтаж критически важен для сохранения заявленных электрических параметров.

• Радиус изгиба: Не менее 4-8 внешних диаметров кабеля.
• Радиальная нагрузка: Запрещено зажимать кабель тяжелыми предметами, вешать на него нагрузки.
• Растягивающее усилие: Ограничено (обычно 25-50 кгс для 4-парных кабелей). Для протяжки используются рычаги-лидеры.
• Раскрутка пары: При разделке кабеля под коннектор не должна превышать 12-13 мм для сохранения параметров NEXT.
• Заземление экрана: Экранированные кабели требуют качественного заземления с двух сторон. Нарушение этого правила приводит к антенному эффекту и ухудшению защиты.
• Влияние температуры: С повышением температуры затухание в кабеле увеличивается. При проектировании длинных линий (близких к 100 м) необходим температурный запас.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. В чем принципиальное отличие кабелей UTP и FTP? Когда какой применять?

• UTP (U/UTP) – неэкранированный. Дешевле, проще в монтаже (не требует заземления). Применяется в офисных средах с низким уровнем электромагнитных помех.
• FTP (F/UTP) – имеет общий экран из фольги. Лучше защищает от внешних помех. Применяется в промышленных условиях, рядом с силовым оборудованием, кабелями питания. Требует заземления.

2. Можно ли использовать кабель Cat 5e для организации сети 2.5 Гбит/с?
Да, стандарт 2.5GBASE-T (IEEE 802.3bz) был разработан для работы на кабелях Cat 5e длиной до 100 метров. Фактическая скорость и стабильность будут зависеть от качества кабеля и качества его монтажа.

3. Почему экранированный кабель может работать хуже неэкранированного?
Наиболее частая причина – неправильное заземление экрана. Если экран не заземлен или имеет «обрыв» по постоянному току (например, через разъем без контакта заземления), он начинает работать как антенна, перехватывая и переизлучая помехи, что резко ухудшает параметры связи.

4. Как сечение жилы влияет на характеристики кабеля?

• Электрическое сопротивление: Чем больше сечение, тем меньше сопротивление, а значит, меньше затухание сигнала и падение напряжения. Это критично для длинных линий (>80 м) и для подачи питания по PoE.
• Механические свойства: Кабель с большим сечением жилы (например, 23 AWG) менее гибкий, но более прочный.

5. Что такое AWG и как перевести его в квадратные миллиметры?
AWG (American Wire Gauge) – американская система маркировки сечения проводов. Чем меньше число AWG, тем больше сечение.

• 24 AWG ≈ 0,205 мм²
• 23 AWG ≈ 0,257 мм²
• 22 AWG ≈ 0,325 мм²

6. Каков реальный запас по длине кабеля в 100 метров для стандарта 10GBASE-T?
Стандарт определяет 100 метров как максимальную длину канала, включающую патч-корды, коммутационные шнуры и горизонтальную проводку. Для кабеля Cat 6A запас есть. Однако для Cat 6 длина ограничена 55 метрами из-за более низких параметров из-за внешних наводок (Alien Crosstalk). На практике всегда следует стремиться к минимально необходимой длине.

7. Можно ли прокладывать парные кабели данных в одном лотке с силовыми кабелями?
Не рекомендуется. Силовые кабели создают сильные электромагнитные помехи. При необходимости параллельной прокладки следует выдерживать минимальное расстояние (не менее 30 см для силовых кабелей до 1000В). При пересечении угол должен быть близок к 90°. Для таких случаев обязательно применение экранированных (FTP, S/FTP) кабелей с качественным заземлением.

8. В чем разница между кабелем для внутренней и наружной прокладки?
Кабель для наружной прокладки имеет:

• Оболочку из светостабилизированного полиэтилена (Черный цвет), устойчивую к ультрафиолету и перепадам температур.
• Гидрофобный заполнитель в межпарном пространстве, препятствующий проникновению и распространению влаги вдоль кабеля.
  Использование кабеля для внутренней прокладки на улице приведет к быстрой деградации оболочки и выходу кабеля из строя.