Что такое витая пара: характеристики кабеля

Зачем нужно скручивание?

Витая пара (компьютерный кабель LAN) популярна благодаря своей устойчивости к электромагнитным помехам. Это стало возможным благодаря двум факторам:

• Скручивание проводников с определенным шагом;
• Передача сигнала одним проводником пары в противофазе по отношению к другому.

Таким образом, помехи равномерно распределяются по проводникам в скрутке, и взаимные помехи в процессе передачи сигнала уменьшаются.

Классификация

Что такое витая пара и для чего она используется — вопрос, который зависит от типа и категории кабеля. Чтобы разобраться в этом вопросе, необходимо рассмотреть классификацию витой пары.

1. Количество жил

В зависимости от области применения и условий монтажа используется проволока:

1. Монолитный (одноядерный). Каждый провод представляет собой одну медную проволоку, довольно толстую (0,3-0,6 мм), но хрупкую. Они используются для монтажа внутри стен, коробов и за панелями для последующего включения в розетки.
2. Многоядерный. Пучок из нескольких тонких проводов объединяется в один кабель, такое решение повышает гибкость, но многожильные кабели длиной более 100 метров не рекомендуется использовать из-за сильного затухания сигнала. Это тип кабеля витая пара, используемый в домах и офисах для прокладки локальной сети от маршрутизатора к компьютеру.

2. Количество скруток

Обычно используются двухпарный и четырехпарный IP, но существует также стандарт для однопроводного кабеля, однако он считается устаревшим и иногда используется для модемных интернет-соединений.

Типичный пример использования четырехпарного кабеля — подключение витой пары к розетке (для подключения сети). В таких ситуациях лучше использовать одножильный кабель, состоящий из 4 нитей витой пары.

3. Поперечный срез

IP может быть круглой или плоской формы. ЭП с круглым срезом являются универсальными, а ЭП с плоским срезом предназначены для прокладки под коврами или обоями.

4. Способ экранирования

Экранирование используется для защиты UTP от электромагнитных помех:

• UTP (U/UTP) — без экранирования.
• FTP (F/UTP) — экран из фольги, общий для всех проводников.
• STP (S/UTP) — металлический плетеный экран, общий для всех проводников.
• U/FTP — фольгируются только повороты.
• F/FTP — фольгируются как отдельные жилы, так и весь кабель.
• S/FTP — витая пара покрыта фольгой, а весь кабель защищен оплеткой.
• SF/FTP — витая пара экранирована фольгой, а весь кабель защищен как фольгой, так и оплеткой.

Виды витой пары в зависимости от категории и строения кабеля

UTP означает неэкранированная витая пара. FTP (фольгированная витая пара) означает фольгированную витую пару. STP (экранированная неэкранированная витая пара). S/FTP или SFTP (экранированная фольгированная витая пара) — это экранированная защищенная пара.

UTP, 3 категории

Этот тип «витой пары» в основном используется для передачи аналоговых сигналов в телефонии, но иногда применяется для передачи цифровой информации в компьютерных сетях на небольшие расстояния при относительно низкой скорости передачи. Если кабель витой пары маркирован «26 AWG», то это UTP кат.3. 26 AWG означает, что кабель имеет проводники диаметром от 0,4 до 0,475 мм.

Существует многопарная версия категории 3, которая широко используется в телефонии. Аналогом многопарного FTP кат.3 является бытовой телефонный кабель ТППэп (отличие — ТППэп предназначен для наружной прокладки и имеет акустическое экранирование). Существует также кабель, отвечающий всем требованиям категории 5e — ТППэп-нг с сечением проводника 0,5 кв. мм.

UTP 5 и 5е категории, для внутренней прокладки

Наиболее распространенный тип кабеля «витая пара». Он имеет медные или омедненные одножильные или многожильные проводники толщиной от 0,48 до 0,52 мм (24 AWG). Изоляция, как и внешняя оболочка, изготовлена из пластифицированного ПВХ. UTP кат.5 может иметь 2, 4, 10 … 300 пар проводов. Этот кабель можно использовать для подключения групп абонентов (жилые дома, бизнес-центры). UTP cat.5e — «специальная» 5 модель имеет 4 пары медных проводов — она наиболее часто используется среди интернет-провайдеров.

Используя продукцию 5e и соблюдая специальные условия прокладки кабеля и установки оборудования, провайдеры могут добиться скорости передачи данных абонентов 100 Мбит/с и выше. Для менее требовательных абонентов (скорость соединения, например, 5-10 Мбит/с) поставщики услуг могут использовать более экономичный вариант витой пары UTP категории 5, 2 пары с медными или омедненными проводами и 4 пары с омедненными алюминиевыми проводами.

Варианта категории 3 достаточно для подключения абонента на скорости 2 Мбит/с. Двухпарный и четырехпарный кат.5, кат.5e поставляются в бухтах по 305 м, а двухпарный UTP можно найти в бухтах по 500 м. На барабанах появляется несколько пар.

Кабель UTP, 5 и 5е категории, для внешней прокладки (outdoor)

Подходит для использования на открытом воздухе. Он имеет специальное внешнее покрытие из полиэтилена, которое устойчиво к низким температурам, обледенению, а также к воздействию прямых солнечных лучей. Наружные варианты категории 5 и 5e имеют черную внешнюю оболочку. Из-за повышенной прочности она менее гибкая, чем версия для помещений.

КССВПВ, 5 категории

Представляет собой бытовую «витую пару». Существуют также двух-, четырех- и многопарные KSSVPV. Проводники в KSSVPV изготовлены из меди с максимальным допуском 24 AWG — 0,52 мм.

Кабель FTP, 5 и 5е, для внутренней прокладки

этот тип имеет экран из фольги для защиты передаваемого сигнала от внешних электромагнитных помех. FTP кат.5 может иметь медные, алюминиевые проводники, изоляцию и оболочку из пластифицированного ПВХ. FTP cat.5e должен иметь медные проводники. Обе конфигурации поставляются в рулонах по 305 метров. FTP может быть двух- и четырехпарным и не подходит для передачи аналогового сигнала в CCTV, так как защитный экран может создавать помехи для аналогового сигнала.

FTP 5 и 5е категории, для внешней прокладки

Данная модификация имеет внешнюю оболочку из светостабилизированного полиэтилена, что позволяет укладывать ее на улице, с возможным прямым воздействием солнечных лучей. FTP кат.5, кат.5е на открытом воздухе не рекомендуется подвешивать на длинных пролетах без дополнительного кабеля, так как провод может подвергаться значительным растягивающим усилиям из-за собственного веса или дополнительного обледенения зимой.

Кабель S/UTP (STP) категории 5е

Разновидность защищенного неэкранированного кабеля витая пара. STP имеет 4 пары медных проводников, изоляцию и оболочку из ПВХ-пластиката и индивидуальные экраны из фольги. Экраны в STP защищают сигнал от возможных внешних электромагнитных помех.

Кабели для шины

Если у вас есть шина CAN или RS485 или KNX, а устройства, питающиеся от шины, установлены в разных помещениях, выбор шинного кабеля очень важен. Если мы подключим десяток датчиков Wirenboard к одной шине длиной до 60-70 метров, проблем не возникнет, поскольку потребление тока низкое, а длина линии небольшая. Если мы переносим шину в какое-то промежуточное распределительное устройство с модулями в нем, то для надежности лучше разместить в этом распределительном устройстве отдельный источник питания.

Но в общем случае для передачи энергии можно использовать что-то более толстое, чем витая пара. Например, КПСВЭВ 2х2х0,75 имеет фактическую площадь поперечного сечения 0,75 мм2 на жилу, что в 3,7 раза толще витой пары. Следовательно, падение напряжения в 3,7 раза меньше. Но кабель также намного толще. И свободных ядер стало меньше.

Специальные интерфейсные кабели для RS485 также обычно имеют небольшое сечение и, как правило, диаметр жил около 0,6-0,8 мм. Они не предназначены для питания большого количества потребителей в автобусе.

Специальные шинные кабели KNX обычно имеют диаметр 0,8 мм.

Для устройств KNX следует отметить, что потребление тока чрезвычайно мало, порядка микроампер. Некоторые устройства требуют отдельного источника питания 24 В, например, большие сенсорные панели, для которых можно проложить отдельный кабель 2×0,75.

Что такое AWG

Раз уж мы затронули эту тему, буквы AWG можно встретить на витой паре. Это американский стандарт, описывающий диаметр кабеля. Кроме того, чем выше число, написанное после букв AWG, тем тоньше кабель.

На том же графике можно увидеть отношение диаметра жилы кабеля к площади его поперечного сечения. Если хотите, вы можете получить те же цифры, используя формулу S = pi * R ^ 2 (поперечное сечение = 3,14 * радиус в квадрате). Не забывайте, что радиус — это только половина диаметра.

Самый распространенный кабель — AWG 24, каждая жила кабеля витой пары имеет диаметр 0,51 мм и площадь поперечного сечения всего 0,204 мм2.

Оказалось, что площадь поперечного сечения жилы витой пары чрезвычайно мала, и ток, который можно через нее пропустить, также чрезвычайно мал. В случае слаботочного источника питания речь идет не о максимальном токе, который можно пропустить через витую пару, чтобы она не расплавилась, а о падении напряжения на ней.

То есть, нужно знать длину кабеля, ток нагрузки и удельное сопротивление, затем, используя закон Ома, рассчитать падение напряжения в кабеле, чтобы получить напряжение, которое поступит на питаемое устройство, проходящее по кабелю. Я включил эти расчеты, когда писал о питании светодиодных лент.

Тип защиты

Для того чтобы соединение было стабильным, необходимо не только обеспечить прохождение сигнала, но и защитить его от помех. Для этой цели часто используется экранирование, его тип можно найти в обозначении кабеля).

• UTP — не имеет никакого экранирования (но это не означает, что он не функционирует).
• FTP — самый простой тип экранирования, обеспечивающий общую оболочку для всех внутренних кабелей.
• SFTP — дополнительная защита в виде сетчатой оболочки поверх щита. Это делает кабель менее восприимчивым к физическим воздействиям и повреждениям.

Наличие экранирования кабеля не гарантирует дополнительной защиты от помех. Во-первых, кабель должен быть заземлен, то же самое относится и к сетевому оборудованию. Во-вторых, заземление должно быть качественным. В противном случае тонкий заземляющий кабель будет действовать как антенна, притягивая дополнительные помехи. В-третьих, правильно обжать кабель FTP и SFTP гораздо сложнее.

Если контакты разъема повреждены, то возникнет и обратный эффект — ухудшение сигнала. По этой причине экранированные кабели часто не используются в жилых домах.

Устройство витой пары.

В зависимости от категории сетевой кабель LAN имеет различные технические характеристики и состоит из нескольких медных проводников, образующих пару, и может иметь изоляцию примерно 2 мм из поливинилхлорида (PVC), а в более высоких категориях качества (CAT5) из полипропилена (PP), полиэтилена (PE). Высококачественные кабели имеют изоляцию из ячеистого полиэтилена (пенопласта) или тефлона. Такой полиэтилен гарантирует низкие диэлектрические потери, а тефлон защищает проводники при высоких температурах. Кабели могут состоять из одной медной жилы (0,4-0,6 мм) или нескольких проводов, соединенных вместе.

Для облегчения разделки кабеля внутри внешней ПВХ-оболочки, которая в большинстве случаев изготавливается из капрона, имеется «разрывная нить». Кабели витой пары категории 5 и выше могут иметь в своей структуре экран для защиты сигнала от внешних и внутренних электромагнитных помех. В зависимости от категории толщина внешней изоляции в кабеле витой пары составляет от 0,5 мм до 0,9 мм. Для внешней оболочки используется поливинилхлорид, легированный мелом. Кроме того, для внешней оболочки используются устойчивые к горению и выделяющие галогены полимеры (обозначение LSZH).

В России они обозначаются в соответствии с основными требованиями пожарной безопасности: нг(А)-HF; нг(В)-HF; нг(С)-HF; нг(D)-HF. В скобках указана категория в соответствии с параметрами пожарной безопасности. Устойчивые к горению и выбросам кабели LAN указанных классов применяются в установках, учитывающих горючую нагрузку кабелей, во внутренних электроустановках, а также в зданиях и сооружениях массового пользования, в том числе в многофункциональных высотных зданиях и комплексах зданий.

Внешняя оболочка кабеля витой пары для наружного применения имеет гидрофобный полиэтиленовый материал, который обычно наносится вторым слоем поверх ПВХ-оболочки. Кроме того, полое пространство в кабеле можно заполнить специальным гидрофобным гелием и использовать гофрированную ленту или броню из стальной проволоки.

Благодаря цвету оболочку кабеля LAN можно легко идентифицировать и узнать ее назначение при монтаже или обслуживании. Например, черный цвет, выполненный из полиэтилена (PE), указывает на то, что кабель хорошо приспособлен к внешним воздействиям (влага, воздух…), а оранжевый цвет может указывать на устойчивость внешнего материала к горению. Светло-серый цвет предназначен для установки внутри помещений в квартирах и офисных зданиях.

Важные характеристики кабеля

Очень часто на катушке или на самом кабеле можно обнаружить определенные особенности, которые существенно влияют на несущую способность кабеля. Существуют три наиболее часто используемые. Давайте сначала рассмотрим AWG или американский калибр проводов. Все очень просто: чем меньше значение, тем толще провод. Число AWG говорит вам о том, сколько WAG с основанием 0 (8 мм) протягивает через данное отверстие.

Проводники

В качестве проводников используются как одножильные медные проводники толщиной 0,4 — 0,6 мм, так и пучки, состоящие из нескольких проводников. Размеры выражены в привычной метрической системе или в соответствии с американскими стандартами AWG. Например, в обычных четырехпарных кабелях используются проводники с диаметром жилы 0,51 мм. В американской системе это будет 24 AWG.

Изоляция проводников

Изоляционный материал обычно изготавливается из поливинилхлорида (английская аббревиатура PVC). Для кабелей категории 5 более высокого качества используются полипропилен, полиэтилен. Кабели высочайшего качества производятся с изоляцией из сотового полиэтилена, обеспечивающего низкие диэлектрические потери, или тефлона. Толщина изоляции кабелей составляет — 0,2 мм.

Разрывная нить

Нить скрутки, используемая в кабеле, позволяет добраться до жилы без нарушения изоляции жилы. Как правило, эта нить изготавливается из капрона, так как этот материал достаточно прочен, чтобы удерживать кабель от растяжения.

Маркировка

Маркировка включает следующие обязательные элементы:

• производитель
• тип кабеля
• обозначение метров или футов

Моножильный кабель

В этом случае каждый кабель состоит только из одного медного провода, называемого монопроводом. Моножильный кабель лучше всего прокладывать в стенах, каналах и т.д., а затем оконцовывать розетками. Это связано с тем, что довольно толстые медные проводники легко ломаются при частом сгибании. Как правило, этот кабель не вступает в непосредственный контакт с подключаемым оборудованием; для этой цели лучше подходит многожильный кабель.

Многожильный кабель

Поэтому многожильный кабель состоит из нескольких проводников. Этот тип кабеля отлично подходит для тех случаев, когда кабель подвержен изгибам и скручиванию, но в то же время он не совместим с «подключением» проводников к розетке, поскольку тонкие проводники не предназначены для этого — они просто сломаются. В целом, витая пара идеально подходит для подключения оборудования к розеткам. Однако более высокое затухание сигнала в кабеле по сравнению с моножильным ограничивает максимально возможное расстояние от оборудования до розетки, которое составляет 120 метров.

В зависимости от наличия, а также типа установленной защиты (экранирования) от различных видов электромагнитных помех, различают следующие типы кабеля:

• Неэкранированный кабель (UTP). Как следует из названия, этот тип кабеля не имеет защиты от помех.
• Кабель с фольгированным покрытием (FTP или F/UTP). В этом случае экранирование состоит из слоя фольги.
• Экранированный кабель (STP). Каждая пара проводников имеет собственное экранирование.
• Экранированный кабель (S/FTP или SSTP). Этот тип кабеля имеет экран из фольги, который защищает каждую пару проводников и заключает их во внешнюю медную оболочку.
• Двойной фольгированный кабель (SFTP). Этот тип отличается от предыдущего тем, что защищается не каждая пара проводников, а все проводники, т.е. они имеют два внешних экрана — фольгированный и медный.

Кабель экранирован для защиты от электромагнитных помех. Стоит отметить, что экран напрямую соединен с неизолированным дренажным проводом, который служит для предотвращения разрыва и растяжения экрана.

Электрические характеристики витой пары 4x2x0,5

Параметр	Значение
Волновое сопротивление на частотах выше 1 МГц	100 + 15% Ом
Максимальное сопротивление для постоянного тока, закороченного на дальнем конце пары, на длине 100 м при 20 °С	19,2 Ом
Дисбаланс импеданса пары постоянного тока	5 %
Максимальная асимметрия емкости пары относительно земли на расстоянии 100 м, 1 кГц, 20 °C	330 пФ
Минимальное сопротивление изоляции провод-провод или провод-экран, постоянный ток	150 Мом х км
Сопротивление изоляции провод-провод или провод-экран, постоянный ток	1 кВ, 1 мин или 2,5 кВ, 2 с
Сопротивление изоляции кабель-провод или кабель-экран переменному напряжению	0,7 кВ, 1 мин или 1,7 кВ, 2 с.

Преимущества применения

• Доступность;
• Простота монтажа благодаря малой толщине кабеля и гибкости;
• Простота использования кабеля, так как не требуется дорогостоящее оборудование;
• Прочность и долговечность.

Виды

Существует множество типов кабеля витой пары. Они различаются по количеству проводников, наличию или отсутствию экрана и типу оболочки. Каждый тип подходит для определенной технологии и условий эксплуатации.

Читайте также: Каршеринг Ситидрайв в СПб 2023: зона действия, автопрак и цены

Число жил

Проводник состоит из проводников. Количество проводников должно быть кратно 2. В настоящее время существует одна пара кабеля с 2 проводниками, две пары с 4 проводниками и четыре пары с 8 проводниками.

Экранирование

Кабель может быть экранированным или неэкранированным. Неэкранированные кабели вполне подходят для бытового использования. Тип экранирования следует выбирать в соответствии с условиями окружающей среды и возможными помехами в кабеле.

• U/UTP является неэкранированным и используется в домах и офисах, где нет сильных помех;
• FTP (F/UTP) — с экраном из фольги;
• STP (S/UTP) — экранирование обеспечивается медной оплеткой на всех парах;
• S/FTP, SF/UTP — фольга на каждой паре, все пары экранированы медной оплеткой;
• U/FTP — каждая пара экранирована фольгой;
• F/FTP — фольга на каждой паре и общий слой фольги;
• SF/FTP — этот тип кабеля имеет три экрана. Каждая пара фольгирована, кроме того, все пары фольгированы вместе и экранированы на медной оплетке.

Слой фольги защищает от воздействия окружающей среды и окислов. Медная оплетка защищает кабель от электромагнитных помех.