Медь или алюминий в витой паре?

В последнее время на рынке структурированных кабельных систем значительную долю занимают недорогие информационные кабели категории 5Е. Низкая стоимость этих кабелей объясняется их особенностью конструктивного исполнения, в котором используются два материала. Первый материал — алюминий, который служит основой для сердцевины кабельной жилы. Второй металл — медь, из которой изготавливается внешняя оболочка кабеля. Данная конструкция известна как Copper Clad Aluminium Wire (в дальнейшем будет использоваться аббревиатура CCAW).

Рост популярности таких кабелей связан с тем, что их цена значительно ниже аналогичных изделий благодаря частичной замене дорогостоящей меди на более доступный алюминий. Эта замена возможна благодаря эффекту скин-эффекта, который подразумевает, что высокочастотные сигналы передаются по поверхности проводника. Таким образом, замена меди алюминием не сказывается на характеристиках кабеля при передаче сигналов высокой частоты, а эффективность CCAW сопоставима с полностью медными кабелями.

Кабели CCA действительно соответствуют требованиям 5-й категории благодаря эффекту поверхностного сопротивления. Наиболее распространенным вариантом является витая пара UTP 4 CCA. Возникает вопрос: могут ли медные кабели быть полностью заменены омедненными, или же существуют определенные сложности в эксплуатации жил CCA?

Проблемы кабелей  CCA

Одним из критически важных условий для передачи сигнала является правильное подключение кабеля к оборудованию. Это простое утверждение на самом деле представляет собой основную проблему для кабелей типа ССА. Прежде чем углубиться в детали, сделаем небольшое отступление.

Место подключения кабеля к плинтам, коннекторам, розеткам и другим соединительным элементам является наиболее проблемным при установке всей структурированной кабельной системы (СКС). Технология, используемая для производства соединителей, называется Isolation Displacement Contact (IDC). Альтернативные методы, такие как болтовое соединение или пайка, считаются устаревшими и не соответствуют стандартам, применимым к витой паре 5 категории.

Процесс подключения кабеля к контакту осуществляется следующим образом:

• Каждый изолированный проводник взаимодействует с ножевыми контактами соединителя.
• Ножи соединителя проникают в изоляцию жилы, создавая в контакте вакуум.
• Давление, оказываемое ножами, обеспечивает надежную фиксацию проводника и гарантирует образование вакуумной среды в области контакта. Это, в свою очередь, способствует долговечности системы, сопоставимой со сроком службы кабельной трассы.

Разработка данной технологии была ориентирована на СКC с медными кабелями, и она не подходит для частично медных соединений, что и является первой сложностью эксплуатации этих кабелей CCAW.

Кабели ССА содержат алюминиевую сердцевину вместо меди. Однако проблема заключается не в алюминии, а в неоднородности проводника. Невозможно точно определить, с каким материалом взаимодействует нож IDC, что ставит под сомнение газонепроницаемость области контакта. Поэтому кабели CCA не могут гарантировать надежность соединения, что негативно сказывается на передаче сигнала.

Еще одной проблемой является равномерность импеданса, или волнового сопротивления. Значение импеданса может изменяться в зависимости от того, с какой частью проводника соприкасаются ножи соединителя — алюминиевой или медной.

Кроме того, импеданс — не единственный фактор, на который влияет разница в металлах. Технология IDC была протестирована на медных кабелях в диапазоне рабочих температур от -20 до +70 градусов Цельсия. У алюминия теплопроводность и температура плавления отличаются от меди, что вызывает сомнения в надежности работы омедненных кабелей.

Также важно отметить, что ножи IDC, как правило, изготавливаются из меди. Это приводит к тому, что в месте контакта сталкиваются алюминий и медь, а взаимодействие этих материалов нельзя считать надежным.

Негативные последствия использования CCAW

Очевидно, что омедненные кабели не являются столь идеальными, как может показаться на первый взгляд. Однако в данном случае теоретические опасения подтверждаются практическим опытом.

После установки и тестирования может возникнуть ситуация, когда контакт перестает функционировать.

Такой неожиданный сбой в сети может привести к ряду проблем, что в свою очередь повлечет за собой значительное увеличение затрат. Причиной неисправности может стать нарушение герметичности в соединении проводника и разъема, которое часто возникает из-за температурных колебаний жил.

Явным недостатком омедненных кабелей является их несовместимость с технологией Power over Ethernet (PoE). Эта технология предполагает, что абонентские устройства получают питание по тем же кабелям, что и данные. Медные проводники справляются с этой задачей благодаря низкому сопротивлению материала. В отличие от них, алюминий обладает гораздо большим сопротивлением. Поскольку ток является постоянным, он проходит не только по поверхности кабеля, но и по всему сечению проводника. Таким образом, использование CCAW может привести к значительным потерям мощности и перегреву кабелей. В больших пучках проводов это может вызвать плавление изоляции. Кроме того, существует риск теплового расширения жил, что сделает кабель несовместимым с IDC соединителем и может вывести из строя целый сегмент сети.

На первый взгляд, применение алюминиевой сердцевины выглядит разумным и оправданным решением. Однако при более тщательном анализе становится очевидным, что эта идея имеет множество недостатков. В первую очередь следует отметить ненадежность соединения кабеля. Современные высококачественные соединители разработаны исключительно для полностью медных жил, что гарантирует качество и надежность соединения.

Омедненные кабели ССА будут значительно дешевле, но в краткосрочной перспективе потребуют дополнительных затрат из-за возникающих проблем с передачей данных.

Таким образом, можно сделать вывод, что для обеспечения гарантированно качественной работы сети рекомендуется использовать полностью медные кабели, хотя на практике LAN-кабели CCA могут демонстрировать приемлемую работу.