Кабели UTP экранированные
Кабели UTP экранированные: конструкция, стандарты, применение и монтаж
Категорически неверно называть экранированные кабели для передачи данных термином «UTP экранированные». UTP (Unshielded Twisted Pair) по определению означает неэкранированную витую пару. Правильное общее название для экранированных кабелей — FTP (Foiled Twisted Pair) или S/FTP (Shielded/Foiled Twisted Pair), в зависимости от конструкции. Однако в профессиональной среде под «экранированным UTP» часто подразумевают весь спектр экранированных кабелей на основе витой пары, что является устоявшимся, но технически некорректным жаргонизмом. Данная статья посвящена детальному рассмотрению экранированных кабелей для структурированных кабельных систем (СКС).
Конструкция и типы экранирования
Экранирование витой пары — это металлический слой, расположенный под оболочкой кабеля, предназначенный для защиты передаваемого сигнала от внешних электромагнитных помех (EMI — Electromagnetic Interference) и предотвращения излучения самих сигналов пары вовне, что важно для безопасности информации и соответствия требованиям электромагнитной совместимости (ЭМС).
Основные типы экранирования определены международным стандартом ISO/IEC 11801 и обозначаются специальным кодом:
- U/UTP (ранее UTP): Неэкранированный кабель. Ни общий экран, ни экраны вокруг пар отсутствуют.
- F/UTP (ранее FTP): Кабель с общим фольгированным экраном. Все пары заключены в общую алюминиевую фольгу с дренажным проводом.
- U/FTP: Кабель с индивидуальным экранированием каждой пары фольгой. Общий экран отсутствует.
- S/FTP (ранее S-STP): Кабель с индивидуальным экранированием каждой пары фольгой и общим экраном в виде оплетки из медных проволок.
- F/FTP: Кабель с индивидуальным экранированием каждой пары фольгой и общим внешним экраном также из фольги.
- SF/UTP (ранее SFTP): Кабель с общим комбинированным экраном: фольга + оплетка. Индивидуальные экраны пар отсутствуют.
- Фольгированный экран: Представляет собой лавсановую пленку с нанесенным на одну сторону алюминием толщиной от 0.03 до 0.05 мм. Фольга обладает 100% покрытием, но имеет высокое сопротивление и недолговечна при многократных изгибах. Для обеспечения электрического контакта вдоль экрана укладывается луженый медный дренажный провод.
- Экран из оплетки: Выполняется из луженых медных проволок. Обеспечивает низкое сопротивление, высокую механическую прочность и устойчивость к многократным изгибам. Степень покрытия обычно составляет 60-85%.
- Комбинированный экран (SF): Сочетает достоинства обоих типов: фольга дает 100% покрытие на высоких частотах, а оплетка обеспечивает низкое сопротивление постоянному току и механическую защиту.
- Промышленные предприятия: Цеха с силовым электрооборудованием (частотные приводы, двигатели, сварочные аппараты), создающим мощные низко- и высокочастотные помехи.
- Медицинские учреждения: Диагностические кабинеты (МРТ, КТ, рентген), операционные. Экранирование защищает сетевой трафик и предотвращает влияние на чувствительное оборудование.
- Центры обработки данных (ЦОД): Высокая плотность размещения кабелей и оборудования создает риск перекрестных помех на высоких скоростях (10 Гбит/с и выше).
- Транспортная инфраструктура: Железные дороги, метро, аэропорты, где присутствуют системы тягового электроснабжения и мощные радиопередатчики.
- Уличная и наружная прокладка: При прокладке вдоль ЛЭП, вблизи радиобашен или в общих каналах с силовыми кабелями.
- Государственные и финансовые структуры: Требования к защите информации от утечки по электромагнитному каналу.
- Непрерывность экрана: Экранирование должно быть непрерывным на всей длине канала — от сетевой карты до коммутатора, включая кабель, патч-корды и коммутационные панели.
- Заземление: Экран кабеля должен быть заземлен с двух сторон (в соответствии с современными стандартами TIA-942 для ЦОД). Исключение — случаи, когда существует риск образования контура заземления с большим уравнительным током. Решение принимается на основе замеров потенциалов.
- Использование экранированных компонентов: Обязательно применение экранированных розеток, патч-панелей, коннекторов (RJ-45 с металлическим корпусом) и коммутационных шнуров.
- Качественный обжим: При обжиме экранированного коннектора дренажный провод и фольга должны надежно контактировать с металлической частью корпуса коннектора. Оплетка аккуратно заправляется и обжимается.
- Целостность оболочки: При разделке кабеля нельзя допускать повреждения или перекручивания экрана. Длина расплетения пары не должна превышать 12-13 мм (для Cat.6A и выше — менее 10 мм).
- Тест на целостность экрана (Shield Integrity): Проверка электрической непрерывности экрана по всей длине канала.
- Переходное затухание на экране (TCL — Transverse Conversion Loss, и ELTCTL — Equal Level TCTL): Ключевые параметры, характеризующие симметрию кабеля и эффективность экрана. Низкие значения TCL/ELTCTL указывают на плохой экран или его повреждение, что приводит к преобразованию синфазных помех в дифференциальные, ухудшая работу линии.
Буквы в обозначении расшифровываются следующим образом: U — unshielded (неэкранировано), F — foiled (фольга), S — braided screening (оплетка). Первая буква описывает общий внешний экран, вторая — экран для каждой витой пары.
Материалы и конструктивные особенности
Конструкция экранированного кабеля сложнее, чем у неэкранированного. Под оболочкой из поливинилхлорида (PVC) или безгалогенного компаунда (LSZH, FR-LSZH) располагается экранирующий слой.
Витая пара внутри экрана может быть выполнена из монолитной медной жилы (для стационарной прокладки) или многопроволочной (для патч-кордов). Изоляция жил — полиэтилен (PE), полипропилен (PP) или вспененный полиэтилен, что улучшает электрические характеристики.
Электрические характеристики и категории
Экранированные кабели выпускаются в тех же категориях (классах), что и неэкранированные, но демонстрируют лучшие параметры в условиях помех. Ключевые характеристики: полоса пропускания, затухание (Insertion Loss), NEXT (Near End Crosstalk), ACR (Attenuation to Crosstalk Ratio). Экранирование теоретически не влияет на затухание, но кардинально улучшает отношение сигнал/шум за счет подавления внешних помех.
Таблица 1. Соответствие категорий/классов кабеля и областей применения
| Категория (TIA/EIA-568) | Класс (ISO/IEC 11801) | Полоса пропускания | Типовое применение для экранированных решений |
|---|---|---|---|
| Cat.5e | Class D | 100 МГц | Промышленные сети 1 Гбит/с в условиях сильных помех. |
| Cat.6 | Class E | 250 МГц | Сети 1Гбит/с и 10GBASE-T на коротких дистанциях (до 55 м). |
| Cat.6A | Class EA | 500 МГц | Полноценная поддержка 10GBASE-T на 100 метров. Критически важные и высокоскоростные линии в ЦОД, медицинских учреждениях, промышленности. |
| Cat.7 | Class F | 600 МГц | Применяется почти исключительно в экранированном исполнении (S/FTP). 10GBASE-T и выше. Требует нестандартных разъемов (GG45/TERA). |
| Cat.7A | Class FA | 1000 МГц | Перспективные приложения до 40 Гбит/с. Активно используется в вещательных и специализированных системах. |
| Cat.8/8.1 | Class I | 2000 МГц | ЦОД для коротких связей (до 30 м) 25GBASE-T и 40GBASE-T. Обязательно экранирование (обычно S/FTP). |
| Cat.8.2 | Class II | 2000 МГц | Аналогично Cat.8.1, но совместим с разъемами Class FA (Cat.7A). |
Области применения и необходимость экранирования
Решение о применении экранированной кабельной системы должно приниматься на основе инженерного анализа электромагнитной обстановки. Обязательное применение экранированных кабелей регламентировано нормативными документами, такими как ГОСТ Р 53246-2008 (аналог IEEE 802.3).
Ключевые области применения:
Требования к монтажу и заземлению
Эффективность экранированной системы на 90% зависит от правильности монтажа и заземления. Неправильно смонтированный экран может стать антенной, ухудшающей ситуацию.
Основные правила монтажа:
Таблица 2. Сравнение затрат на развертывание UTP и FTP систем
| Компонент/Работа | Неэкранированная система (U/UTP) | Экранированная система (F/UTP, S/FTP) | Примечания |
|---|---|---|---|
| Стоимость кабеля | Базовая | Выше на 20-50% | Зависит от категории и типа экрана. |
| Стоимость коммутационных компонентов (розетки, панели) | Базовая | Выше на 30-70% | Обусловлено сложностью конструкции и наличием металла. |
| Стоимость патч-кордов | Базовая | Выше на 40-100% | Особенно для кабелей S/FTP. |
| Трудоемкость монтажа | Стандартная | Выше на 25-40% | Требуется больше времени на разделку, обжим, обеспечение заземления. |
| Требования к квалификации монтажников | Стандартные | Высокие | Ошибки монтажа сводят на нет преимущества экранирования. |
| Стоимость тестирования и сертификации | Стандартные тесты | Требуется проверка целостности экрана (TCL, ELTCTL по ANSI/TIA-1152) | Необходим более дорогой сертификационный анализатор. |
Тестирование и сертификация экранированных линий
После монтажа экранированной кабельной системы обязательным этапом является сертификационное тестирование. Помимо стандартных параметров для соответствующей категории (затухание, NEXT, RL, PS NEXT, ACR-F и др.), проверяются параметры, связанные с экраном:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Всегда ли экранированный кабель лучше неэкранированного?
Нет, не всегда. В среде без существенных электромагнитных помех и на скоростях до 1 Гбит/с качественный неэкранированный кабель (U/UTP Cat.5e/6) прекрасно справляется с задачами. Экранированная система дороже и сложнее в монтаже. Ее применение должно быть технически и экономически обосновано.
Можно ли заземлять экран только с одной стороны?
Исторически такая рекомендация существовала для разрыва контуров заземления. Однако современные стандарты (например, TIA-942 для ЦОД, ISO/IEC 11801) предписывают заземление с двух сторон для обеспечения эффективного экранирования на высоких частотах. Проблема контуров заземления решается на уровне проектирования системы заземления здания (использование единой сетки, уравнивание потенциалов). В исключительных случаях, при фиксированной разности потенциалов между зданиями более 1В, может применяться одностороннее заземление или использование оптоволокна.
Можно ли использовать экранированные патч-корды с неэкранированной стационарной системой?
Категорически не рекомендуется. Это приведет к ухудшению характеристик. Неэкранированный кабель не имеет соединения с экраном патч-корда, поэтому экран патч-корда становится несвязанным антенным элементом, который может вносить дополнительные помехи. Все компоненты канала должны быть либо экранированными, либо неэкранированными.
Какой тип экрана самый эффективный: фольга или оплетка?
Эффективность зависит от частоты помехи. Фольга (F) обеспечивает 100% покрытие и лучше защищает на высоких частотах (выше 30-50 МГц). Оплетка (S) имеет лучшее сопротивление постоянному току, механически прочнее и эффективнее на низких частотах. Комбинированный экран (SF) объединяет преимущества обоих и обеспечивает максимальную защиту в широком спектре частот. Для индивидуального экранирования пар (как в S/FTP) используется фольга, так как она тонкая и гибкая.
Требуется ли специальный инструмент для монтажа экранированных разъемов?
Да. Для обжима экранированных коннекторов 8P8C (RJ-45) необходим кримпер, способный равномерно обжимать не только контакты, но и металлическую оболочку (корпус) вокруг экрана кабеля. Также полезны инструменты для аккуратного снятия внешней оболочки и подготовки экрана.
Влияет ли экранирование на максимальную длину сегмента?
Непосредственно на затухание сигнала (которое и ограничивает длину) тип экрана не влияет. Максимальная длина канала для витой пары стандартами определена в 100 метров (90 м горизонтальный кабель + 10 м шнуры) независимо от экранирования, при условии соблюдения всех параметров канала. Однако в условиях сильных помех неэкранированный кабель может не уложиться в требования по соотношению сигнал/шум (ACR-F) на полной длине, тогда как экранированный — сохранит работоспособность.
Как отличить экранированный кабель визуально?
Экранированный кабель имеет более толстый диаметр и жестче на изгиб. Под внешней оболочкой виден металлический слой (фольга или оплетка). На маркировке кабеля всегда указан его тип согласно стандарту: U/UTP, F/UTP, S/FTP и т.д. Также часто присутствует маркировка «CAT6A SSTP» или аналогичная.
Заключение
Экранированные кабельные системы представляют собой инженерное решение для обеспечения надежной и безопасной передачи данных в условиях сложной электромагнитной обстановки. Их применение строго регламентировано и требует комплексного подхода: от грамотного проектирования с учетом замеров EMI, выбора правильного типа экрана (F/UTP, S/FTP) и категории, до квалифицированного монтажа с обеспечением непрерывности и качественного заземления экрана по всей длине канала. Ошибки на любом из этих этапов приводят к дополнительным затратам без достижения желаемого эффекта. В чистых с электромагнитной точки зрения офисных средах достаточно неэкранированных систем. Таким образом, выбор в пользу экранированной витой пары должен быть взвешенным и технически обоснованным решением.