Електричні компоненти структурованої кабельної системи

Навчальні питання:

1. Кабелі на основі витої пари.

2. Роз'єми для електричних кабелів.

3. Комутаційне обладнання.

4. Кінцеві шнури, адаптери і подовжувачі.

5. Додаткове обладнання для побудови трактів передачі інформації СКС.

Навчальна література:

1. Семенов А.Б. Проектирование и расчет структурированных кабельных систем и их компонентов. – М.: ДМК Пресс, 2003. – 416 с.

2. Смирнов И.Г. Структурированные кабельные системы – проектирование, монтаж и сертификация. – М.: Экон-Информ, 2005 г.

1. Кабелі на основі витої пари

Кабелі на основі витої пари з мідними провідниками широко застосовуються в СКС для передачі електричних сигналів. Будь-який розглянутий далі кабель містить одну або кілька скручених з різними кроками витих пар проводів і за діючою класифікацією відноситься до симетричних. Крім витої пари він може мати кілька додаткових захисних, екрануючих і технологічних елементів, які утворюють сердечник. Кожен провід забезпечується ізоляцією з діелектрика. Використання останнього дещо знижує питому масу кабелю і значно покращує його частотні властивості, однак призводить до подорожчання готового виробу. На сердечник накладається захисна оболонка у вигляді шланга, більшою чи меншою мірою захищаюча виті пари від зовнішніх впливів і зберігає структуру сердечника під час прокладання та експлуатації. Наявність загальної зовнішньої захисної оболонки сердечника є підставою для віднесення даної конструкції до класу кабелів. Всі інші електротехнічні вироби, призначені для передачі електричних інформаційних сигналів, вважаються проводами. Залежно від основної області застосування і, відповідно, конструкції, вироби кабельні для СКС на основі витої пари підрозділяються на чотири основні види:

• горизонтальний кабель;

• магістральний кабель;

• кабель для шнурів;

• провід для перемичок.

На основі кабелів даного класу можуть бути реалізовані всі три підсистеми СКС, хоча на зовнішніх магістралях їх застосування для високошвидкісних додатків класу D утруднено через досить жорсткі фізичні обмеження на максимальну довжину сегмента. Внаслідок цього більшість електричних кабелів призначена для використання всередині будівлі. Є також обмежена номенклатура кабелів на основі витої пари, які можуть прокладатися між будівлями. Через згадані обмеження довжини тракту передачі сигналів додатків класу D такі конструкції не отримали широкого розповсюдження для підтримки роботи ЛОМ, проте активно застосовуються для передачі сигналів низькошвидкісного мережевого обладнання.

Горизонтальний кабель, іноді не цілком коректно званий LAN-кабелем, призначений для використання в горизонтальній підсистемі на ділянці від комутаційного обладнання кросової поверху до інформаційних розеток робочих місць. Свою назву цей вид кабелю отримав через те, що в більшості випадків укладається на трасі прокладки в горизонтальному положенні з мінімальною кількістю вертикальних ділянок. Основна маса цих конструкцій має хвильовий опір 100 Ом, у Франції досить популярні кабелі з опором 120 Ом. Діючі редакції стандартів допускають застосування також кабелів з хвильовим опором Z_в=150 Ом. Цей вид кабельних виробів має велике поширення в США, в Європі його частка на фоні інших видів кабелю виявляється істотно меншою. У нашій країні через низьку популярність апаратури Token Ring цей вид кабелів зустрічається дуже рідко.

Найбільш поширені на практиці конструкції містять чотири виті пари. Відомо, що частина мережевого обладнання використовує для обміну інформацією тільки дві виті пари. На підставі цього стандарти ISO/IEC 11801 і ЕN 50173 допускають також застосування двопарних кабелів. Цей варіант кабелю має меншу вартість в поєднанні з кращими масогабаритними показниками і досить широко поширений в деяких європейських країнах. Однак його застосування істотно обмежує функціональні можливості кабельної системи і, зокрема, не дозволяє передавати сигнали новітніх перспективних програм типу Gigabit Ethernet. Через характерну форму оболонки двопарні кабелі іноді називають овальними на відміну від чотирипарних – круглих. Історично склалося так, що двопарні конструкції горизонтальних кабелів не користуються популярністю в нашій країні. Тому надалі вони не розглядаються.

У зв'язку з великим поширенням у СКС двопортових робочих місць деякі фірми випускають спарені (здвоєні) чотирипарні кабелі.

Конструктивно спарені кабелі мають два основні різновиди. У першому з них два окремих шланга з'єднані в єдине ціле вузькою перемичкою. Більшість конструкцій спарених кабелів містять однакові за своїми електричними характеристиками елементи категорії 5, компанія АМР випускає кабелі, у яких один елемент має характеристики категорії 5, тоді як інший – категорії 3 або 4. За своїми електричними і механічними характеристиками спарені кабелі не відрізняються від звичайних, проте їх застосування дозволяє дещо знизити загальну вартість робіт з реалізації горизонтальної підсистеми СКС за рахунок того, що за один цикл виконується прокладання до розетки відразу двох кабельних елементів замість одного.

З метою зниження рівня загасання провідники горизонтального кабелю виготовляються з монолітного мідного проводу. Окремі виті пари утворюють кабельний сердечник, покритий загальною для всіх пар зовнішньою захисною ізоляційною оболонкою товщиною 0,5-0,6 мм. Для надання сердечнику певної структури в процесі виготовлення та її збереження під час експлуатації може застосовуватися обмотка пар полімерними стрічками або нитками. Полегшення обробки деяких конструкцій кабелів забезпечується використанням розривної нитки, розташованої під оболонкою. При витягуванні ця нитка робить на оболонці поздовжній розріз і відкриває доступ до кабельного сердечника.

Рис. 1. Види скруток витих пар

За видами скрутки провідників горизонтального кабелю розрізняють парну і четвіркову (рис. 1). Зазначимо, що при реалізації четвіркової скрутки провідники однієї пари завжди розташовуються один навпроти одного. Четвіркова скрутка в принципі дозволяє домогтися менших зовнішніх габаритів кабелю, більшої стабільності його скруток витої пари: конструкції і кращих електричних характеристик, однак кабель з четвірковою скруткою більш складний у виготовленні і обробці і тому досить мало поширений в техніці СКС. Так, наприклад, у Європі досить велику популярність конструкції з такою скруткою отримали тільки у Франції. Для зменшення взаємного впливу пар одна на одну в кабелях з парною скруткою використовують різні і некратні кроки скрутки провідників. Вибір конкретного значення кроку скрутки визначається особливостями технологічного устаткування підприємства-виробника і на практиці відрізняється великою різноманітністю.

В кабелях з четвірковою скруткою пари четвірки прилягають одна до одної істотно щільніше, однак вони електрично розв'язані одна від одної за рахунок того, що їх площини в будь-якому місці орієнтовані перпендикулярно одна одній.

Матеріали ізоляції провідників

У якості матеріалу ізоляції провідників в кабелях категорії 3 зазвичай використовується полівінілхлорид, в кабелях категорії 5 і вище широко використовуються інші матеріали з покращеними електричними характеристиками, наприклад поліетилен і поліпропілен (табл. 1).

Таблиця 1.

Основні ізоляційні матеріали провідників симетричних кабелів СКС

Матеріал	Латинське скорочення	Діелектрична проникність, Е	Робочий діапазон температур, °С
Полівінілхлорид	РVС	4,0-5,0	–40...+85
Поліпропілен	РР	2,4	–10...+100
Поліетилен	РЕ	2,3	–55...+85
Комірковий поліетилен	–	1,2	–55...+85
Комірковий поліетилен з оболонкою	Fоаm Skin РЕ	1,5	–55...+85
Тефлон	FЕР, РТFО, РFА	2,0	–190...+260

Зовнішні оболонки

Для виготовлення зовнішньої оболонки поряд зі звичайним полівінілхлоридом досить часто застосовується матеріал типу компаунда, який не містить галогенів і не підтримує горіння, а також так звані малодимні полімери. Повному витісненню полівінілхлориду з матеріалів оболонки перешкоджає той факт, що перехід на оболонку з негорючих матеріалів негайно збільшує ціну готового продукту приблизно на 20-30%, а компаунди, які не містять галогенів, володіють низькою вогнестійкістю.

Необхідна в процесі обробки кабелів крихкість зовнішньої оболонки, що забезпечує їй точний і надійний облом в місці надрізу лезом відрізного інструменту, досягається додаванням у вихідну сировину певної кількості крейди.

Зовнішня оболонка фарбується зазвичай в сірий колір різних відтінків, зустрічаються також інші стандартні для конкретного виробника кольори (синій, фіолетовий, білий, червоний). Помаранчеве фарбування зазвичай вказує на те, що оболонка виготовлена з негорючого матеріалу і кабель може бути використаний для прокладки в так званих Plenum-порожнинах. Можливість замовлення оболонок різних кольорів може виявитися корисною в процесі створення СКС, так як дозволяє відрізняти один від одного кабелі різних функціональних секцій, різних розеток і категорій.

Конструкції, призначені для зовнішньої прокладки, забезпечуються поліетиленовою оболонкою, так як цей матеріал має володіти суттєво більш високою вологостійкістю порівняно з полівінілхлоридом і вогнестійким компаундом. При цьому з міркувань збереження єдності технологічного процесу зовнішня поліетиленова оболонка наноситься на звичайну другим шаром.

На зовнішню оболонку наносяться марковані написи, в яких вказується тип кабелю, діаметр і тип провідників, характеристики оболонки, найменування виробника і фірмове позначення кабелю, найменування стандарту і сертифікуючої лабораторії, а також футові або метрові мітки довжини. За двома останніми параметрами є певні відмінності між американськими і європейськими кабельними компаніями. Американські кабельні компанії застосовують в основному футові мітки довжини, європейські виробники використовують метровий дискрет цього параметра.

Екранування горизонтальних кабелів

В залежності від наявності або відсутності додаткових екрануючих покриттів окремих витих пар і/або сердечника в цілому горизонтальні кабелі із витих пар поділяються на неекрановані і екрановані. За такої класифікації принципово можливі чотири основних типи кабельних виробів, тобто крім кабелів без екранів серед екранованих конструкцій слід виділити кабелі з загальним зовнішнім екраном, з екранами для кожної пари і з одночасним екрануванням окремих пар і сердечника в цілому. Екранування застосовують в першу чергу для підвищення перехідного загасання на ближньому і дальньому кінцях, зниження рівня ЕМВ і для підвищення завадозахищеності. Деякі типи екранів надають кабелю додаткову механічну міцність. Зовнішній вигляд різних варіантів кабелів зображено на рис. 2; на рис. 3 представлені їх поперечні перерізи.

Рис. 2. Конструкції горизонтальних кабелів

Рис. 3. Структура сердечників і оболонок кабелів різних видів

Найбільше поширення для захисту окремих пар отримали металізовані алюмінієм тонкі полімерні плівки, причому відомі конструкції з орієнтацією боку металізації як всередину, так і назовні. Краї фольги екрану можуть укладатися один на одного з нахлестом або з'єднуватися поздовжнім швом типу покрівельного.

Зовнішні екрани, які оточують кабельний сердечник, виготовляються з такої ж плівки або виконуються у вигляді обплетення з оцинкованого мідного дроту. Компанія Alcatel використовувала у своєму виробі подвійний плівковий екран, причому для збільшення його механічної міцності в поєднанні зі збереженням високої гнучкості напрямки намотування стрічок фольги обрані різними.

Магістральний кабель призначений для використання в основному в магістральних підсистемах СКС для зв'язку між собою приміщень кросових. У підсистемі зовнішніх магістралей зазвичай велика частина маршруту прокладається горизонтально, у підсистемі внутрішніх магістралей – вертикально. В обмеженому обсязі магістральні кабелі застосовуються також у горизонтальній підсистемі, де вони з'єднують кросову з точкою переходу, консолідаційною точкою або 12-портовою розеткою.

Підставою для віднесення кабелю до групи магістральних є наявність у нього більше чотирьох витих пар. В тому випадку, якщо всі вони містяться в загальній оболонці, кабель називається багатопарним. Крім багатопарних деякі фірми пропонують так звані багатоелементні кабелі. Вони відрізняються тим, що кабельний сердечник утворюють не окремі виті пари, а дво- або чотирипарні елементи, аналогічні за конструкцією горизонтальному кабелю і захищені індивідуальною захисною оболонкою.

Конструкція багатопарного кабелю залежить від його ємності. При числі пар до 25 будь-яких додаткових елементів у складі кабельного сердечника не передбачається. У разі ємності понад 25 пари розбиваються на пучки по 25 пар у кожному, сукупність яких утворює кабельний сердечник. Дроти одного пучка скріплюються поліетиленовими стрічками. Для збільшення міцності і стійкості до різних механічних впливів в якості основи сердечника багатоелементного кабелю може застосовуватися центральний склопластиковий пруток. Зовні сердечник захищається загальною діелектричною оболонкою.

Аналогічно з горизонтальними кабелями на оболонку магістрального кабелю наноситься маркування, що включає в себе тип, дані щодо діаметру провідників і їх кількісті, найменування тестуючої лабораторії, а також футові або метрові мітки довжини.

З метою зниження коефіцієнта загасання провідники виготовляються з монолітного мідного дроту. Аналогічно горизонтальним кабелям вони розрізняються по категоріях від 3 до 5, причому магістральні конструкції категорії 4 зустрічаються на практиці дуже рідко. У табл. 2 наведено типові ємності магістральних багатопарних кабелів в парах залежно від категорії. У деяких випадках застосовуються вироби з ємністю, відмінною від зазначеної в табл. 2 (24, 48, 96 пар). Багатоелементні кабелі в загальному випадку відрізняються від багатопарних аналогів меншою ємністю. Так, наприклад, відомі конструкції, які містять до 24 двопарних і до 16 чотирипарних елементів.

Таблиця 2.

Типові ємності магістральних кабелів

Категория кабеля	Количество пар
3	25, 50, 75, 100, 200, 300, 600, 900, 1800
5	25, 50, 100

Погонна маса 25-парного кабелю категорії 5 дорівнює зазвичай 180-190 кг/км, робочий діапазон температур від –20 до +60°С. Магістральні кабелі підрозділяються на кабелі внутрішньої і зовнішньої прокладки. Основною відмінністю кабелю зовнішньої прокладки є застосування спеціальних заходів і конструктивних рішень щодо захисту кабельного сердечника від потрапляння в нього вологи. Найбільш часто ця проблема вирішується використанням зовнішньої поліетиленової оболонки. Деякі типи телефонних кабелів мають гелеве заповнення внутрішніх порожнин сердечника. Додатковий захист кабельного сердечника від потрапляння вологи та механічних впливів виконується бронею з алюмінієвої або сталевої гофрованої стрічки. Проте переважна більшість вироблених кабелів – кабелі внутрішньої прокладки. Магістральні кабелі зовнішньої прокладки, що задовольняють вимогам категорії 3 або вище, не отримали широкого розповсюдження.