🥇Выбор кабеля для структурированной кабельной системы

В статье «Технология PoE в вопросах и ответах» мы рассказали о новых коммутаторах Zyxel, предназначенных для построения систем видеонаблюдения и других сегментов ИТ инфраструктуры с применением питания через PoE.

Однако просто купить хороший коммутатор и подключить соответствующие устройства — это ещё далеко не всё. Самое интересное может проявиться немного позже, когда это хозяйство придется обслуживать. Иногда возникают своеобразные подводные камни, о существовании которых следует знать.

Омедненная витая пара

В разных источниках информации по применению PoE можно встреть фразу типа «Использовать только медные кабели». Или «Do not use for CCA twisted pair». Что означают подобные предупреждения?

Существует устоявшееся заблуждение, что, витая делается всегда из медной проволоки. Оказывается, не всегда. В некоторых случаях производитель в целях экономии используем так называемые омедненный кабель.

По сути это алюминиевый кабель, у которого проводники покрыты тонким слоем меди. Полное название «витая пара из омедненного алюминия»

Витая пара из цельномедных проводников маркируется как «Cu» (от латинского «cuprum»

Омедненный алюминий обозначается как «CCA» (Copper Coated Aluminum — алюминий, покрытый медью).

Производители CCA могут и не ставить вообще маркировку. Иногда и вовсе недобросовестные производители рисуют параметр «Cu» на витой паре из омедненного алюминия.

Примечание. Согласно ГОСТ ставить такую маркировку не обязательно.

Единственный бесспорный аргумент в защиту омедненного кабеля — низкая цена.

Другой гораздо менее значимый аргумент — меньший вес. Считается, что бухты с алюминиевым кабелем легче перетаскивать при монтаже, потому что удельный вес алюминия меньше, чем у меди.

Примечание. На практике не все так однозначно. Свою роль играют вес упаковки, вес изоляции, наличие подручных средств механизации и тому подобное. Привезти на тележке и поднять на лифте 5-6 коробок с бухтами ССА кабеля занимает примерно столько же времени и сил, как и столько же коробок с бухтами «полноценной меди».

Как точно распознать алюминиевый кабель

Омедненный алюминий не всегда бывает легко распознать. Советы вроде: «Поскрести поверхность провода или оценить вес бухты кабеля, приподняв в руке», — работают весьма относительно.

Самый доступный и быстрый тест: поджечь зачищенный конец проволоки, например, зажигалкой. Алюминий довольно быстро начинает гореть и крошиться, в то время как конец проводника из чистой меди может раскалиться докрасна, но сохраняет свою форму и при остывании возвращает физические свойства, например, упругость.

Труха, оставшаяся от поджигания омедненного алюминия — это в принципе то, во что со временем превращается такой «экономичный» кабель. Все страшные сисадминские рассказы про «высыпающиеся кабели» — это как раз про «омеднёнку».

Примечание. Можно зачистить проволоку от изоляции и взвесить, рассчитав удельные вес. Но на практике такой способ используется редко. Нужны точные весы, установленные на строго горизонтальной ровной поверхности, и свободное время, чтобы этим заниматься.

Таблица 1. Сравнение удельных весов меди и алюминия.

Наши друзья из компании NeoNate, которая между прочим сама делает очень хороший кабель, сделали вот такую табличку вам в помощь.

Потеря мощности при передаче

Сравним удельное сопротивление:

удельное сопротивление меди — 0, 0175 ом*мм2/м;
удельное сопротивление алюминия — 0, 0294 ом*мм2/м/

Суммарное сопротивление такого кабеля вычисляется по формуле:

Учитывая, что толщина медного покрытия на дешевом омедненном кабеле «стремится к нулю», получаем большее сопротивление за счет алюминия.

А как же скин-эффект?

Скин-эффект назван от английского слова skin — англ. «кожа».

При передаче высокочастотного сигнала наблюдается эффект, при котором электрический сигнал передается в первую очередь по поверхности кабеля. Это явление служит аргументом, при помощи которого производители дешевой витой пары пытаются оправдать экономию в виде покрытого медью алюминия, мол, «всё равно ток пойдёт по поверхности».

На самом деле скин-эффект — это достаточно сложный физический процесс. Утверждать, что в любой омедненной витой паре передача сигнала всегда будет идти строго по медной поверхности, не «захватывая» слой алюминия — это не совсем справедливое утверждение.

Проще говоря, не имея на руках лабораторного исследования по этой конкретной марке провода нельзя достоверно утверждать, что данный CCA кабель благодаря скин-эффекту, по характеристикам передает ничем не хуже качественного медного кабеля.

Меньшая прочность

Алюминиевая проволока ломается гораздо проще и быстрее чем медная того же диаметра. Однако «взять и сломать» — это не самая большая беда. Гораздо большей неприятностью являются микротрещины на кабеле, которые увеличивают сопротивление и могут приводить к появлению плавающего эффекта затухания сигнала. Например, когда кабель время от времени подвергается изгибам или температурным воздействиям. Алюминий более критичен к такого рода воздействиям.

Критичность к перепаду температур

Все физические тела обладают способностью изменять объем под воздействием
температуры. При разном коэффициенте расширения данные металлы будут изменяться по-разному.
Это может влиять как на сохранение целостности медного покрытия, так и на
качество контактов в местах сочленений алюминиевых проводников и устройств
крепления. Способность алюминия к большему расширению при повышении температуры
способствует появлению микротрещин, которые ухудшают электрические
характеристики и снижают прочность кабеля.

Способность алюминия быстрее окисляться

Помимо температурного расширения нужно принять во внимание свойство алюминия быстро окисляться, о чем свидетельствует тест с зажигалкой.

Но даже если на алюминиевый провод не воздействует открытое пламя и внешние высокотемпературные нагреватели, со временем при перепаде температуры или при нагреве за счет передачи электрического тока для питания устройств (PoE) большее количество атомов металла вступает в соединение с кислородом. Электрические свойства кабеля это отнюдь не улучшает.

Контакт алюминия с другими цветными металлами

Алюминий не рекомендуют соединять с проводниками из других цветных металлов, в первую очередь с медью и медьсодержащими сплавами. Причина — повышение окисляемости алюминия в местах соединения.

По прошествии времени придется заменить коннекторы, а проводники в патчпанели перезаделать заново. Неприятно, что с этим могут быть связаны плавающие ошибки.

Проблемы с PoE для омедненной витой пары

В случае с PoE электрический ток для питания устройств передается частично по медному покрытию, но в основном по алюминиевому наполнению, то есть с большим сопротивлением, и, соответственно, с большими потерями мощности.

Помимо этого, возникают другие проблемы: из-за нагрева проводов при передаче тока электропитания, на который данная витая пара не рассчитывалась; из-за микротрещин, окисления провода и так далее.

Что делать если СКС с кабелем из омедненного алюминия досталась «в наследство»?

Нужно иметь в виду, что часть сегментов со временем придется заменить (по тем или иным причинам). Лучше сразу зарезервировать на этот случай в бюджете денежные средства. (Понимаю, что звучит как фантастика, но что ещё поделать?)

Контролировать состояние СКС. Следить за температурой, влажностью и другими физическими показателями в помещениях и других местах, где проходит витая пара. Если там более жарко, холодно, влажно или есть подозрение на механическое воздействие, например, вибрацию — стоит подумать о превентивных мерах. В принципе, в ситуации с традиционной медной витой парой подобный контроль также не помешает, но алюминиевые провода более капризны к указанным явлениям.

Существует мнение, что уже нет особого смысла приобретать какие-то особенно хорошие патчпанели, сетевые розетки, патчкорды для подключения пользователей и другое пассивное оборудование. Поскольку проводная часть, скажем так — «не фонтан», то тратится на крутую «обвеску» может быть уже и не стоит.

С другой стороны, если вы со временем всё же захотите заменить такую замечательную «в основном ничем не отличающуюся» витую пару CCA на проверенную временем «медь» — стоит ли поступать по принципу «шаг вперед, два шага назад», закупая сейчас патчпанели и розетки по бросовой цене?

Также нужно очень внимательно относиться к внезапным пропаданиям связи. Когда какое-то время не было даже пинга, а пока искали — «всё само чудесным образом» восстановилось. Качество кабеля и соединения могут играть в таких инцидентах не последнюю роль.

Если планируется использовать PoE, например, для камер видеонаблюдения — для этого участка лучше сразу заменить витую пару на медную. Иначе можно столкнуться с ситуацией, когда сначала повесили камеру с малым энергопотреблением, потом поменяли на другую и приходится ломать голову — почему не работает.

5E хорошо, а 6 категория лучше!

Категория 6 более устойчива к помехам и температурным воздействиям, скрутка проводников в таких кабелях производится с меньшим шагом, что способствует улучшению электрических характеристик. В некоторых случаях в кат. 6 устанавливаются разделители для разнесения пар (удаления друг от друга с целью предотвращения взаимного влияния). Всё это повышает надёжность при эксплуатации.
Для подключения устройств с PoE такие изменения придутся весьма кстати, например, для обеспечения устойчивой работы сети при колебаниях температуры.

Кабели СКС иногда прокладываются в помещениях со слабым климат-контролем, например, через надпотолочное пространство, в подвале, техническом или цокольном этаже, где разница температур в течение дня достигает 25°C. Такие температурные скачки влияют на характеристики кабеля.

Прокладка более дорогого, но и более надежного кабеля 6 категории с лучшими характеристиками вместо категории 5Е — это не повышение «накладных расходов», а инвестиция в более качественную и надежную связь.
Подробнее можно прочитать здесь.

В российском представительстве Zyxel провели собственное исследование зависимости допустимого расстояния для передачи питания PoE от типа используемого кабеля. Для проверки использовались коммутаторы
GS1350-6HP и GS1350-18HP

Рисунок 1. Внешний вид коммутатора GS1350-6HP.

Рисунок 2. Внешний вид коммутатора GS1350-18HP.

Для удобства результаты сведены в таблицу, разделенную по производителям видеокамер (см. ниже таблицы 2-8).

Таблица 2. Процедура тестирования

Test Procedure

Step
Description

1
Enable extended-range in port 1,2

-GS1300: DIP switch to ON and press reset&apply button on front panel

-GS1350: Login Web GUI > Go to "Port Setup" > enable extended range and apply.

2
Connect PC or Laptop on the switch for camera access

3
Connect Cat-5e 250m cable on Port 1 and connect camera to power up.

4
Use PC/Laptop to PING the camera IP, should not see ping loss.

5
Access camera and check if video quality is good and smooth.

6
If step#4 or 5 failed, swap the cable to Cat-6 250m and re-test from step#3

7
If step#4 or 5 failed, swap the cable to Cat-5e 200m and re-test from step#3

Таблица 3. Сравнительные характеристики кабелей для подключения камер LTV

Таблица 4. Сравнительные характеристики кабелей для подключения камер LTV (продолжение)

Таблица 5. Сравнительные характеристики кабелей для подключения камер LTV (продолжение 2).

Таблица 6. Сравнительные характеристики кабелей для подключения камер UNIVIEW.

Таблица 7. Сравнительные характеристики кабелей для подключения камер UNIVIEW (продолжение).

Таблица 8. Сравнительные характеристики кабелей для подключения камер Vivotek.

Заключение

Описанные в статье проблемы не являются обязательными к приобретению. Возможно, найдётся человек, который скажет: «Я вот в своих проектах всё время применяю исключительно омедненную витую пару категории 5Е и проблем не знаю». Разумеется, большую роль играет качество исполнения, условия эксплуатации, периодический контроль и своевременное обслуживание. Однако, остается еще необходимость использовать PoE, а для такой ситуации использование медной витой пары категории 6 является более перспективным решением.

Возможная экономия при использовании дешевой омедненной витой пары носит достаточно специфический характер. Если речь идет о крупномасштабных проектах уровня Enterprise для бизнеса, критичного к ИТ — разумнее использовать высококачественную медную пару от проверенных, хорошо зарекомендовавших себя производителей. Если речь идёт о малых сетях, то экономия на витой паре, особенно в условиях «приходящего админа» выглядит довольно сомнительно. Иногда бывает лучше переплатить за качественный кабель, чтобы снять потенциальные проблемы, повысить надежность, расширить диапазон возможностей (PoE) и снизить стоимость обслуживания.

Благодарим наших коллег из компании NeoNate за помощь в создании материала.

Приглашаем в наш телеграмм канал и на форум. Поддержка, консультации по выбору оборудования и просто общение профессионалов. Добро пожаловать!

Хотите стать партнером Zyxel? Начните с регистрации на нашем партнерском портале.