Материал жил кабеля «витая пара».

Достижения азиатской промышленности - CCS / CCA / CCAG & CCAM / CCC / ВС.

При производстве кабеля и провода для изготовления гибких токопроводящих жил обычно используется чистая медь. Однако во всем мире проводятся  исследования и осуществляются  разработки, направленные на удешевление и улучшение конструкции гибких жил. Одним из очевидных, на первый взгляд, решений является попытка замены чистой меди возможными другими материалами или комбинациями различных материалов.
 
К примеру, алюминий, который намного дешевле и легче меди и при этом обладает достаточной электропроводимостью, является простой альтернативой меди. Однако, преимущества этого материала не исключают его недостатки, в частности плохие показатели механической прочности при изгибе, сложную технологию заделки проводов и кабелей в разъемы, а также низкую коррозионную стойкость в некоторых средах.
 
Легирование алюминия добавками других материалов и нанесение защитных покрытий позволяет улучшить механические свойства алюминия и его стойкость к коррозии.
 
В частности, компанией Filatex (Франция) для жил авиапроводов используется проволока из сплава алюминия с 1 % магния (АМГ-1).
В России Всесоюзным институтом легких сплавов (ВИЛС) для ОАО «ОКБ КП» разработан алюминиевый сплав 01417, который превосходит АМГ-1 по показателям электропроводности. Сплав 01417 имеет в своем составе редкоземельные металлы и  является жаропрочным, что позволяет производить из него проволоку, которая способна сохранять работоспособность при высоких температурах (+250°С). В частности, из гранулированного алюминиевого сплава 01417 выпускается токопроводящая жила для бортпроводов авиалайнеров (БИФ), что позволяет уменьшить вес кабеля в изделии по сравнению с медными проводами примерно на 100-300 кг. Выигрыш в весе по удельной электропроводимости по сравнению с медной проволокой составляет до 30 %.
 
Предварительное покрытие жилы из сплава 01417 слоем цинка и защитным гальваническим покрытием из серебра образует один из возможных вариантов усовершенствования сплава 01417 (полезная модель 95426).
 
И, если в Европе и России работы в основном ведутся в направлении улучшения характеристик (например уменьшение веса авиапроводов), то азиатские производители в первую очередь  ищут пути удешевления продукции без значительной потери потребительских качеств.  
Лидирующие позиции в производстве биметаллических проводников в мире на данный момент занимает китайская промышленность (например Fushi International (Dalian) Bimetallic Cable Co. Ltd.). Наиболее наглядно это можно продемонстрировать на примере жил для  кабеля «витая пара». 
 
Создание «биметаллического проводника» (омедненной жилы) для витой пары основано на использовании «скин-эффекта».
Теоретическая физика подтверждает то, что при передаче высокочастотных сигналов, сигнал распространяется только по поверхности проводника – что собственно и называется поверхностным эффектом (Skin-Effect). Таким образом, в кабелях с омедненной жилой, благодаря поверхностному эффекту, сигнал передается по внешнему (медному) слою жилы.
 
Расположение меди в наружном слое, а алюминия или стали внутри конструкции, а не наоборот, весьма важно: с одной стороны, при переменном токе достигается более высокая проводимость всего провода, в целом, с другой — медь защищает расположенную под ней металл от коррозии. Алюминий весьма активно окисляется и покрывается тонкой оксидной пленкой с большим электрическим сопротивлением. Эта пленка предохраняет алюминий от дальнейшей коррозии, но создает большое переходное сопротивление в местах контакта алюминиевых проводов и делает невозможной пайку алюминия обычными методами.
Причина появления омедненной витой пары очевидна - спрос рождает «омедненку», это закон рыночной экономики. При наличии спроса на что-либо вопрос только в том, как быстро возникнет предложение. 
 
Видимо в какой-то момент времени, на одном из китайских заводов была проявлена инженерная гибкость, и был найден выход – омедненная витая пара. То есть высокий спрос на дешевую витую пару породил соответствующее предложение на рынке.
На данный момент «омедненка» существует в сегменте 2-х и 4-х парных кабелей UTP. Предложений на рынке омедненных  многопарных кабелей пока еще замечено не было, и в этом есть своя логика, т.к. исторически спрос был только на 2-х и 4-х парные дешевые кабели.
«Плюсы» и «минусы» омедненных конструкций указаны в таблице ниже:
  

ПлюсыМинусы 
Низкая стоимостьХрупкий, проводник ломается при небольших радиусах изгиба
Легкий весПлохо обжимается коннектором RJ-45
 Жила плохо держится в разъеме (плавающий контакт)
 Небольшая длина рабочих сегментов
 Непредсказуемость импеданса в зоне контакта при заделке кабеля в IDC разъем розетки или патч-панели
  Несовместимость с приложениями PoE (Power over Ethernet). Технология PoE обеспечивает питание абонентских устройств по обычным кабелям передачи данных, для чего требуется очень низкое сопротивление по постоянному току. Но в случае биметаллической жилы постоянный ток будет протекать по центральной алюминиевой жиле, а алюминиевая жила имеет сопротивления гораздо больше, чем медная. Это повлечет за собой большие потери мощности сигнала и приведет к нагреву кабелей, что окажется серьезной проблемой, особенно в случае использования кабельных жгутов.
 В значительном количестве случаев устойчиво поддерживает только 10Base-T  (т.е. только 10 мбит/сек.).
 Непредсказуемое изменение характеристик при последующей перекладке кабеля.
 Существуют вопросы с допусками биметаллических конструкций проводников в витой паре на некоторые рынки Европы и Америки. Например,  специализирующаяся на тестировании элементов СКС на предмет соответствия международным стандартам, авторитетная независимая испытательная лаборатория "3Р Third Party Testing" (Дания) в конце 2006 года опубликовала информационный бюллетень для своих клиентов и бизнес-партнеров. Этот документ констатирует, что пользователи игнорируют или же не понимают технических ограничений ССА-кабелей, недостатки которых связаны со свойствами алюминия. Данный  бюллетень обращает внимание на то, что органы стандартизации IEC и CENELEC не разрешают использовать кабели с ССА-проводниками.

  Таб. 1 Сводная таблица «плюсов» и «минусов» существующих биметаллических конструкций

Несмотря на то, что у кабелей с омедненной жилой существует много противников, практические исследования, направленные на совершенствование и еще большее удешевление витой пары продолжаются, и  на свет появляются новые, более «продвинутые» конструкции.

Итак, по порядку о «достижениях» азиатской промышленности в создании биметаллических конструкций жил:

1. CCS (Copper Clad Steel  - омедненный стальной проводник)

Самый простой и самый дешевый вариант. Широко доступен и широко используется в дешевых коаксиальных кабелях. Витая пара со стальной жилой, плакированная медью (ССS) достаточно редкое предложение, но, тем не менее, присутствует на рынке. По некоторым данным такие кабели более-менее стабильно  работают на дистанциях до 30 метров, поддерживают только 10 мбит/сек.

2. CCA (Сopper Сlad Aluminum – омедненный алюминиевый проводник) 

Китайская промышленность выпускает несколько видов проволоки - с разным содержанием меди: ССА-10 (10% меди) и ССА-15 (15%), а также ССА-32 (32%). Заявленное удельное сопротивление ССА-10 равно 0,02743 Ом*мм2/м. В витых парах обычно используют ССА-10 и ССА-15. «Рабочая дистанция» у таких кабелей  –  80–120 метров.

3. CCAG (Copper Clad Aluminum and Silver) – алюминий плакированный медью, с добавлением серебра).  

То же, что и CCA, но для улучшения рабочих характеристик добавлено серебро.

4. CCAM (Copper Clad Aluminum & Magnesium Alloy) - омедненный алюминиево-магниевый сплав)

То же, что и ССА, но вместо алюминия применяется алюминиево-магниевый сплав. По утверждению разработчиков данных конструкций, качественная плакировка с добавлением в материал серебра или магния позволяет добиться более качественного омеднения и более высоких характеристик по сравнению с CCA. Заявленное удельное сопротивление 0,02676 Ом*мм2/м. Заявленная «рабочая дистанция»  – 150 - 200 метров на скорости 100 мбит/сек. (данные Shenzhen AVP Network Co)

5. ССС (Copper Clad Copper – омедненная медь)

Словосочетание «омедненная медь» (англ. Copper Clad Copper) означает жилу, в которой середина выполнена из медного лома или сплава 62% меди и 38% цинка, а верхний слой – из качественной электротехнической меди.  Заявленная «рабочая дистанция» – около 180 - 220 метров. 

При производстве кабелей связи может быть использована медь разного качества. Условно можно выделить три класса: А, B, С. 

Класс меди  Содержание кислорода в меди  Удельное сопротивление (Ом*мм2/м)Степень чистоты, % 
 Aбезкислородная (oxygen-free-copper)  0.0165 - 0.0168 99,995 
 B низкокислородная (oxygen-low-copper)0.0165 - 0.016898-99 
 C (second hand)неизвестно 0.0190 - 0.2500 неизвестна

 Таб. 2 Классификация и свойства меди

Для справки: в соответствии с международным стандартом (IACS), величина удельного сопротивления меди используемой для электрических проводников должна составлять 0.017241 Ом*мм2/м при температуре 20° C. Чем выше сопротивление, тем, естественно, хуже проводник.

Традиционно производители кабелей связи используют медь класса A, т.е. самую качественную и чистую медь, но в связи с необходимостью уложится в в заданный заказчиком бюджет, производители могут использовать менее качественную медь класса B, С, и даже омедненную медь.

6. BC (Bare Copper) – чистая медь

По заявлению производителей ВС - это 99,9% медь (без содержания кислорода). Сопротивление проводника сечением 0,5 мм заявляется около 90 Ом /км . Рабочая дистанция – более 300 метров. 

Заключение

По утверждению производителей все вышеперечисленные конструкции соответствуют  стандартам China SJ/T 11223-2000 и  USA ASTMB 566-93.

Известно, что уже появились конструкции «второго поколения», но пока они применяются только при изготовлении печатных плат. Подробной информации о них, кроме скана страницы одного рекламно-аналитического обзора из Китая, мы не имеем.

Мы сознательно не приводим в данной статье указанные на сайтах производителей электрические характеристики вышеперечисленных конструкций, так как, во-первых, они очень разнятся у разных источников,  а, во-вторых, технической возможности проверить мы их не имеем. Приведем только ссылку на  статью о широкомасштабном тестировании «витых пар» различных конструкций в лаборатории ОАО «Одесскабель» (Украина) в 2007 году (после того, как они впервые появились на международном рынке) - http://www.ok-net.ua/files/CiT11.pdf

Мы кратко изложили наше видение ситуации, а что покупать и что применять в каждом конкретном случае пусть каждый решает сам!

 

Источники: 

1. Матвеев Ю.А., Гаврилова В.П., Баранов В.В. Легкие проводниковые материалы для авиапроводов // 2006. №5 (300). С. 22-23 Кабели и провода, 

2. Михайлов В.А., Крайнов И.Б., Кортунов И.М. Электрический провод // http://poleznayamodel.ru/model/9/94753.html, 23 декабря 2013 г.

3. Матвеев А. Н. Электричество и магнетизм. М.: Высшая школа, 1983. C.463.

4. Fushi International (Dalian) Bimetallic Cable Co. Ltd. // en.wikipedia.org/wiki/ Fushi_Copperweld 



 

1999-2017 © Группа Компаний ТРИЗ Адрес: 603022, г. Н. Новгород, Окский съезд, д.4