С компонент кабель используется

Конструкция кабеля и провода: назначение и характеристики основных элементов

Бытовые приборы, электроинструменты, промышленное оборудование, осветительная техника — это и многое другое требует применения кабельной продукции для подключения к источнику питания или передачи сигнала.

Для того, чтобы работа осуществлялась наиболее эффективно, существуют разные конструкции монтажных, силовых, сигнальных проводов и кабелей, каждая из которых применима в определённых условиях. Рассмотрим основные составляющие.

Конструкция кабеля

Кабель — это гибкое электротехническое изделие, предназначенное для передачи электроэнергии или радиосигнала от одного элемента сети к другому. Главное отличие кабеля от провода — наличие собственных изоляционных оболочек у каждой из жил, а вся конструкция заключена в общий слой из плотного материала.

Токопроводящие жилы силового многожильного кабеля

Для изготовления используется проволока из меди, стали, алюминия, а также сплавов с низким или высоким сопротивлением. Диаметр жилы кабеля бывает от 1 до 10 миллиметров. Основным требованием к элементу является хорошая электропроводность, которая влияет на допустимый ток нагрузки или коэффициент потери сигнала (в информационных кабелях). Именно электропроводность определяет выбор сечения и количество жил.

Самые популярные материалы внутренних компонентов силового гибкого кабеля:

• Медь
  Обладает наибольшей проводящей способностью среди всех металлов, кроме серебра. Податливость обработке позволяет получить проволоку любой толщины и длины методом машинной прокатки. Для защиты от коррозии медь покрывают лужением.
• Алюминий
  Занимает третье место после серебра и меди по показателям электропроводности. Из-за сравнительно невысокой стоимости и практически неиссякаемых запасов в природе алюминий часто заменяет дефицитный красный металл в кабельной продукции. Минус, который ограничивает область применения, — недостаточная устойчивость к повреждениям вследствие перегибов.

Цена силового медного кабеля намного выше, чем у алюминиевого. Это объясняется широкой сферой применения, дефицитностью металла, высокой надёжностью и долговечностью.

Изоляционная оболочка

Покрытие предназначено, во-первых, для создания диэлектрического промежутка в простых и силовых кабелях с медными, алюминиевыми жилами. Во-вторых, выполняет функцию стабилизации геометрических размеров — это важно для радиочастотных изделий. Стоит отметить, что материал, толщина и плотность изоляции влияют на предельное значение рабочего напряжения.

Виды материалов:

• поливинилхлорид;
• диэлектрическая резина;
• кабельная бумага, пропитанная специальным составом;
• полиэтилен.

Самый распространённый материал для изоляционной оболочки в продукции общепромышленного применения — ПВХ.

Электрические экраны

Экранированный силовой кабель — изделие, защищённое от помех, создаваемых работающими электроприборами. Экраны изготавливают в виде оплётки из алюминиевой проволоки, ленты или фольги. Элемент снижает воздействие электромагнитного поля и способствует повышению качества передаваемого сигнала.

Внешний защитный покров

Прежде чем купить силовой кабель, стоит подробно рассмотреть варианты исполнения внешней изоляционной оболочки, так как этот параметр определяет сферу использования и влияет на выбор способа монтажа.

Различают следующие виды материалов изоляции:

• Металл — обеспечивает полную долговременную защиту от влаги.
• Полимерный пластикат — временно препятствует проникновению воды внутрь конструкции. В процессе эксплуатации жидкость постепенно диффундирует через пластик, что приводит к снижению сопротивления.
• Резина и ПВХ — по эффективности соответствуют металлу.

Существует специализированная продукция, оболочки которой выполнены из технологичных материалов, например, силовой кабель ВВГнг и ВВГнг LS. Особенность заключается в том, что при превышении максимально допустимой температуры изделие не горит, не плавится, не выделяет едкий дым и отравляющий газ. Силовой огнестойкий кабель прокладывают в стратегически важных объектах: на атомных станциях, в аэропортах, медучреждениях и других зданиях, где важно исключить задымление при аварии.

Конструкция провода

Провод может состоять как из одной, так и из нескольких жил, бывает как оголённый, так и с изоляцией. Жилы провода уложены параллельно друг к другу и скручены в пучок. Силовой медный провод часто встречается в составе электрических линий в помещениях, а оголённые варианты используются для передачи энергии в ЛЭП и прокладываются по воздуху.

Конструкция провода напоминает кабельную, однако здесь всё намного проще.

Токопроводящая жила

Выполняет функцию проведения тока. Основные требования: минимальный нагрев, гибкость, устойчивость к поражению коррозией, хорошая электропроводность и невысокая стоимость. Жила гибкого силового провода выполнена в виде проволоки из алюминия или меди, которая характеризуется классами от 1 до 6. Чем выше уровень, тем лучше изделие выдерживает нагрузку на изгиб.

Внешняя изоляционная оболочка

Чтобы купить подходящий силовой провод, стоит заранее определить условия эксплуатации. Продукция без изоляции подходит для прокладки только по воздуху. Наличие оболочки допускает установку в помещениях как открытым, так и закрытым способом.

Внешний слой изготавливается из тех же материалов, что и у кабелей. Стоит отметить, что, независимо от вида оболочки, провода не обладают достаточной герметичностью для размещения в земле или под водой.

Источник

С компонент кабель используется

В настоящее время основной физической средой передачи данных в структурированных кабельных системах является медный кабель типа витая пара. Свое признание витая пара получила благодаря большому разнообразию конструкций, относительно небольшой стоимости и простоте монтажа. Существует специальная классификация, которая облегчает выбор и работу с кабелем, и объясняет, какие этапы становления прошла витая пара, чтобы обрести свой современный вид. Именно это, а также общие сведения о витой паре, мы рассмотрим в данной статье.

Изобретение витой пары

В 1876 г. Александр Белл, американский изобретатель шотландского происхождения, запатентовал метод и устройство, предназначенное для трансляции речи и других звуков по телеграфу с использованием электрических волн, – телефон. Судьба аппарата известна – огромная популярность среди всех слоев общества и неотъемлемая часть нашего существования в 21 веке.

Изначально из-за электромагнитного излучения трамвайных линий, телефонные провода испытывали сильные помехи. Это заставило специалистов искать способы защиты электрических сетей высокого напряжения. Первым шагом стал метод транспозиции проводов, который был основан на принципе их перекрещивания через определенное количество опор. В итоге это была первая попытка использовать скрученный провод, давшая положительные результаты – так была изобретена витая пара.

Только в США было установлено полтора миллиона телефонных аппаратов. В итоге это потребовало прокладки огромного количества кабеля и, соответственно, его совершенствования (соединение не отличалось хорошим качеством). В 1881 г. Александр Белл изобретает «витую пару», кабель, изначально предназначенный для телефонных сетей. Такой вид кабеля состоял из одной или более скрученных, изолированных друг от друга, пар проводников. Покрыт оболочкой для обеспечения защиты провода от внешних механических и природных воздействий.

С постепенной эволюцией проводных средств связи кабель типа витая пара также развивался и на сегодня является неотъемлемой частью структурированных кабельных сетей.

Что такое витая пара?

Прежде чем говорить о классификации витой пары, нужно разобраться, что представляет собой медный кабель типа витая пара.

Витая пара – это кабель, который состоит из одной или нескольких пар медных изолированных проводников, скрученных между собой и покрытых внешней диэлектрической оболочкой из полимера. Скрученные проводники имеют постоянный, четко выраженный шаг скрутки, который индивидуален для каждой пары с целью компенсации перекрёстных наводок внутри кабеля. Простыми словами скручивание проводников с различным и некратным шагом для разных пар выполняется для того, чтобы сигналы витых пар минимальным образом воздействовали друг на друга.

Витая пара: основные элементы

В настоящее время существуют разные конструкции кабелей, которые объединяют в себе те или иные основные элементы. Так же стоит отметить что в конструкцию витой пары не обязательно должны входить все нижеперечисленные элементы. Например, дренажный проводник или экран не входят в конструкцию каждой витой пары а имеют отношение только к экранированным кабелям (F/UTP, F/FTP и так далее).

Элементы витой пары

– Медные жилы изготавливаются из чистой электротехнической меди высокой степени очистки. Жилы могут быть как цельными (Solid), так и многопроволочными (Stranded). Остановимся на этом моменте немного подробнее:

Цельный (одножильный) – каждый проводник представляет собой монолитную медную проволоку. Кабель с цельными жилами в большинстве случаев применяется для прокладки кабельных трасс, не используется для прямого контакта с активным оборудованием. Обусловлено это тем, что цельная жила имеет большой диаметр и не терпит частые изгибы. Но нужно отметить, что такой тип кабеля имеет более высокие передаточные характеристики.

Конструкция витой пары

Многожильный (многопроволочный) – каждый проводник выполнен из нескольких тонких медных жил, скрученных между собой. Кабели с многожильными проводниками устойчивы к периодическим физическим воздействиям, таким как перегибы и скручивания. Но в отличие от кабеля с одножильным типом проводников имеют более высокий уровень затухания сигнала, что ограничивает максимальное расстояние передачи данных. Чаще всего такие кабели используются для изготовления коммутационных шнуров для соединения активного оборудования с коммутационными панелями или подключения оконечного оборудования.

Конструкция витой пары

– Изоляция защищает жилы от окисления, а также изолирует их друг от друга. В большинстве случаев изготавливается из полиэтилена высокой плотности (HDPE) или вспененного полиэтилена (для категорий 6A и выше). В некоторых случаях используется тефлон, который имеет широкий рабочий температурный диапазон.

– Пара проводников – основная часть симметричного кабеля, образуется двумя скрученными между собой изолированными проводниками. Для уменьшения взаимного влияния пар друг на друга, разные пары изготавливаются с различным и некратным шагом скрутки.

– Сепаратор предназначен для физического разнесения пар при отсутствии их индивидуального экранирования. Встречается в основном в кабелях категории 6 и 6a.

– Дренажный провод – элемент заземления, который обеспечивает непрерывность пленочного экрана в случае его разрыва, а также собирает с пленочного экрана наведенный сигнал для его заземления.

– Разрывная нить используется для разделки внешней оболочки кабеля, при вытягивании эта нить оставляет за собой продольный разрез и открывает доступ к кабельному сердечнику.

– Защитная пленка – это полипропиленовая лента, обмотанная в несколько слоев вокруг сердечника кабеля. Обеспечивает защиту и изоляцию пар, а также отделение их от экрана кабеля.

– Экран из фольгированной пленки – металлизированная алюминием полипропиленовая пленка, которая ослабляет помехи, наведенные на кабель из внешней среды. Является базовым вариантом экранирования.

– Индивидуальное экранирование пар – металлизированная алюминием полипропиленовая пленка для обеспечения наилучшей изоляции пар друг от друга.

– Экран из луженной медной проволоки – проволочная оплетка которая обеспечивает лучшее экранирование, а также обладает высокой физической стойкостью. Также выполняет роль дренажного провода.

– Внешняя оболочка – защищает внутренние элементы кабеля от внешних воздействий, таких как: холод, влага, солнечные (ультрафиолетовые) лучи и физические нагрузки.

В большинстве случаев внешняя оболочка изготавливается из поливинилхлорида (PVC), либо из полимеров, которые не поддерживают горение и не выделяют при горении галогенов (LSZH). Необходимая в процессе разделки небольшая хрупкость внешней оболочки достигается добавлением в исходное сырье определенного количества мела. Кабели с оболочкой из PVC используется в основном для одиночной прокладки внутри зданий и сооружений. Для групповой прокладки внутри помещений где возможно массовое скопление людей применяются кабели с оболочкой LSZH.

Для уличной прокладки принято использовать витую пару в оболочке из полиэтилена (PE), она не боится ультрафиолета, устойчива к холоду и внешним воздействиям. Кабели с данной оболочкой распространяют горение даже при одиночной прокладке, поэтому прокладка таких кабелей в зданиях и сооружениях категорически запрещена.

Также не стоит забывать, что существуют оболочки специального назначения, например, огнестойкие (FR – PVC, FR – LSZH), которые сохраняют работоспособность под воздействием пламени, или универсальные оболочки (UV – LSZH, UV – PVC), которые используются как для внешней, так и для внутренней прокладки.

Конструкции витой пары

В зависимости от наличия или отсутствия дополнительных экранирующих покрытий отдельных пар и/или сердечника в целом, витая пара подразделяется на экранированную и неэкранированную.

В свою очередь тип экранирования – медная или алюминиевая оплетка или фольгированный экран вокруг пар – определяет вид витой пары. Согласно Международному стандарту ISO/IEC 11801 для обозначения конструкции витой пары применяется комбинация из нескольких букв, так называемый буквенный код, который имеет следующий вид: тип общего экрана для кабеля/тип индивидуального экранирования для каждой отдельной пары, например, F/UTP.

Стандартом ISO/IEC 11801 принято использовать следующие обозначения:

• TP (Twisted Pair) – витая пара.
• U (Unscreened) – без защитного экрана.
• F (Foil Screened) – экран из фольгированной пленки.
• S (Braid Screen) – экран из проволочной оплетки.

Теперь более подробно познакомимся с основными видами:

1) U/UTP – название говорит само за себя, кабель не имеет защитного экрана. Несмотря на отсутствие экрана, получил широкое распространение благодаря своей гибкости, дешевизне и простоте монтажа. Наиболее популярная конструкция для прокладки кабельных систем в большинстве стран.

Витая пара U/UTP

2) F/UTP – кабель имеет один внешний экран из алюминиевой фольги, который используется как базовый тип защиты от внешних помех.

Витая пара F/UTP

3) SF/UTP – дополнительный экран из медной оплетки значительно повышает помехозащищенность кабеля в области средних и низких частот, дает дополнительную физическую прочность и защиту от перегибов.

Витая пара SF/UTP

4) U/FTP – каждая пара защищена фольгированной пленкой, что обеспечивает отличное экранирование не только от внешних помех, но и от взаимных влияний между парами кабеля. Такое решение применяется для высокоскоростных кабелей, начиная с категории 6.

Витая пара U/FTP

5) F/FTP – кабель имеет фольгированную защиту каждой отдельной пары и общий внешний экран. Многослойная защита для максимальной помехозащищенности.

Витая пара F/FTP

6) S/FTP – индивидуальное экранирование каждой пары и общий внешний экран в виде проволочной оплетки. Конструкция сочетает все преимущества обоих типов экранирования и обеспечивает отличную защиту во всем частотном диапазоне. Применяется на кабелях категорий 6А, 7, 7А и 8, а также для защиты линий, проходящих в непосредственной близости от силовых кабелей.

Витая пара S/FTP

Категории и классы витой пары

Максимально пропускаемый частотный диапазон – основополагающий параметр при делении витой пары на категории/классы. На данный момент основными стандартами, регламентирующими ранжирование витой пары на категории/классы, являются Международный стандарт ISO 11801 и Американский стандарт TIA-EIA-568B.

Для витой пары по ISO 11801 определены следующие классы: класс A, класс B, класс C, класс D, класс E, класс EA, класс F и класс FA. Чем выше класс – тем лучше передаточные характеристики и скорость передачи. Также стоит отметить что, витая пара более высокого класса поддерживает возможности витой пары более низкого класса, но не наоборот.

В американском стандарте TIA-EIA-568B понятие классов отсутствует и для разделения витой пары используется понятие – категория. Для их обозначения принято использовать аббревиатуру «Cat.X», где X – цифра от 1 до 8. Теперь более подробно рассмотрим категории/классы витой пары, а также соответствие между определенной категорией и классом:

Cat. 1 (частота 0, 1 МГц) – используется для передачи голоса или данных при помощи модема. В большинстве случаев представляет собой 1 пару скрученных проводников (в России применяется без скруток). В виду сильного воздействия электромагнитных помех, в настоящее время не используется.

Cat. 2 (частота 1 МГц) – используется для передачи данных со скоростью до 4 Мбит/с. Применяется в сетях Token Ring и Arcnet. В настоящее время также не применяется, но иногда встречается в телефонных линиях связи. Обычно представляет собой 2 пары проводников.

Cat. 3/Класс «С» (частота 16 МГц) – используется как для телефонных, так и локальных сетей 10BASE-T/100BASE-T4. Поддерживает скорость передачи данных до 10 Мбит/с при использовании технологии 100BASE-T до 100 Мбит/с. Отличительной особенностью от предшествующих категорий является соответствие требованиям стандарта IEEE 802.3. В настоящее время используется в основном для создания телефонных линий.

Cat. 4 (частота 20 МГц) – используется в сетях 10BASE-T и 10BASE-T4, позволяет передавать данные со скоростью до 16 Мбит/с по одной паре. В настоящее время так же не используется.

Cat. 5/Класс «D» (частота 100 МГц) – используется для построения локальных сетей, работающих по технологии 100BASE-TX и 1000BASE-T. Позволяет передавать данные со скоростью до 1000 Мбит/с при использовании 4-х пар. В настоящее время также используется в магистральных системах, а также в телефонных линиях связи.

Cat. 5e/Класс «D» (частота 100 МГц) –представляет собой усовершенствованную категорию 5. Позволяет передавать данные со скоростью от 100 Мбит/с до 1000 Мбит/с в сетях 100BASE-TX и 1000BASE-T. В настоящее время в основном представлена 4 – х парным кабелем, который является самым распространённым для созданий локальных сетей и систем видеонаблюдения.

Cat. 6/Класс «E» (частота 250 МГц) – применяется в сетях Fast Ethernet и 10 Gigabit Ethernet. Максимальная скорость передачи данных составляет до 10 Гбит/с на расстояние до 55 метров.

Cat. 6A/Класс «Ea» (частота 600 МГц) – применяется в сетях 10 Gigabit Ethernet и позволяет передавать данные со скоростью до 10 Гбит/с на расстояние до 100 метров.

Cat. 7/Класс «F» (частота 600-700 МГц) – применяется в сетях 10 Gigabit Ethernet, позволяет передавать данные со скоростью до 10 Гбит/с. Структурно кабель имеет общий внешний экран и экран для каждой пары (S/FTP).

Cat. 7A/Класс «Fa» (частота 1000 – 1200 МГц) – применяется в сетях 10 Gigabit Ethernet, а также используется для передачи данных на скорости до 40 Гбит/с на расстояние до 50 метров в сетях 40 Gigabit Ethernet.

Cat. 8 /Class «I» (частота 1600 – 2000 МГц) – утверждена стандартом ANSI/TIA-568-C.2-1 в июне 2016 года. Разработана для использоваться в сетях 100 Gigabit Ethernet. На данный момент находится в стадии разработки. Скорость передачи данных до 100 Гбит/с.

На данный момент стандартом ANSI/EIA/TIA 568-B так же утверждена категория 8.1 и 8.2. Конструктивно кабель имеет общий экран и экраны вокруг каждой пары. Скорость передачи данных до 100 Гбит/с.

В заключение добавим: несмотря на то что технологии передачи данных стремительно развиваются и с каждым днем предъявляют все более строгие требования к кабельным линиям, витая пара, будет актуальна еще на протяжении долгого времени. За последние несколько лет производительность медного кабеля витая пара выросла в разы. На сегодняшний день уже ведутся работы по созданию решений на основе витой пары, которые позволят передавать данные на скорости до 100 Гбит/с.

Источник