В чем отличие между UTP, FTP и SFTP? Изучаем экранирование витой пары

[before]

Содержание

Для создания сетей связи, компьютерных и коммуникационных, используются кабели, изготовленные по специальной технологии. Жилы их попарно скручены между собой. Такие изделия называют «витой парой». Различают два основных типа кабелей такой конструкции: ftp и utp.

UTP (сверху) и экранированный FTP (снизу)

Особенности витой пары

Главной проблемой при защите линий связи является их защита от помех. Амплитуды сигналов в линии намного меньше, чем у окружающего его электрооборудования: в силовых кабельных линиях, электрических двигателях, бытовой технике, воздушных линиях электропередач. Принимая во внимание степень развития электрификации, нетрудно представить количество электромагнитных наводок, воздействующих на кабели связи на всем пути их следования.

Кроме того, жилы внутри самого кабеля воздействуют друг на друга, создавая взаимные помехи. Когда линии связи выполнялись по той же технологии, что и электрические (в виде воздушных линий с проводами на изоляторах), наводки от соседних проводников и высоковольтных линий электропередач минимизировали, регулярно изменяя расположение проводников линий относительно друг друга. Эту техническую хитрость называют транспозицией.

Транспозиция на примере линии электропередач

Витая пара в современном кабеле является той же самой транспозицией, но выполненной с высокой плотностью. Жилы скручиваются между собой попарно. Этим достигается минимальное влияние отдельных пар жил друг на друга и увеличивается защищенность от внешних помех.

Однако защитные свойства кабелей с витой парой сводятся на нет при нарушении условий их прокладки. Радиус изгиба таких изделий строго ограничен и обычно не должен быть меньше восьми диаметров. Если это не учесть, то внутри кабеля происходят геометрические изменения, иногда не поправимые, ухудшающие его помехозащищенность.

Радиус изгиба витой пары, должен быть не меньше 8 диаметров кабеля

Экранирование кабелей связи

Однако не всегда скручивание жил помогает полностью устранить влияние помех на полезный сигнал. В этом случае помогает внедрение в конструкцию экранирующих оболочек. Экранированию могут быть подвергнуты как отдельные пары жил, так и все жилы внутри кабеля. Эти методы применяются как по отдельности, так и совместно, в этом случае экранируется каждая пара жил и, дополнительно – все жилы вместе.

Однако этот способ защиты эффективен лишь в том случае, если заземлены корпуса оборудования, связанные кабелем. Иначе оболочки экранов сами становятся источником помех, накапливая их на всем пути линии.

В зависимости от наличия, отсутствия и количества экранов в марку кабеля добавляется буква, означающая:

• U – экран отсутствует;
• S – общий экран в виде металлической оплетки;
• F – экран из медной или алюминиевой фольги или металлизированной ленты вокруг жил каждой пары или всех в целом.

Полное обозначение марки состоит из записанных через дробь вышеуказанных букв. В числителе обозначается защита отдельных жил, в знаменателе – кабеля целиком. Далее добавляются буквы «ТР», обозначающие «twisted pair», в переводе — витая пара.

Например, обозначение U/FTP обозначает, что кабель не имеет защитного экрана отдельных пар жил, но содержит общую экранирующую оболочку. Встречаются и комбинации их двух букв, например «SF» — металлическая оплетка и фольга используются совместно.

[ads-pc-1][ads-mob-1]

Нужно учитывать, что при использовании фольги для экранирования наружная ее поверхность покрыта слоем диэлектрика. Поэтому при подключении экрана нужно использовать только его внутреннюю поверхность для контактного соединения.

Если экран изготовлен из фольги, то параллельно ей идет металлическая проволока небольшого сечения. Она необходима для лучшего контакта при подключении к заземляющим устройствам. Еще она ликвидирует возможные обрывы фольгированного экрана, возникающие в местах перегибов, как бы шунтируя места разрывов.

Какой кабель лучше: с экраном или без?

Какой же при прокладке сетей связи лучше использовать кабель, utp или ftp? Казалось бы, что применение экранированных кабелей решает все проблемы с помехозащищенностью, а неэкранированный справляется с задачей лишь частично.

Не тут-то было. Вспомним о способности экрана накапливать помехи при отсутствии заземления. Если оборудование, к которому он подключен, не имеет связи с контуром заземления (или собственного контура заземления, что является обязательным для серверов), то применение ftp приведет только к ухудшению ситуации.

К тому же ftp кабели очень чувствительны к низкочастотным помехам, уровень которых на производственных предприятиях достаточно высок из-за наличия силового электрооборудования. Как ни старайся, а прокладка кабелей связи все равно невозможна на достаточном удалении от существующих силовых трасс. А кабельная продукция, проходящая по ним, всегда излучает вокруг себя наводки. К тому же помехи излучают и электродвигатели, индукционные элементы. Не стоит забывать и про импульсные помехи, возникающие при работе коммутационных аппаратов.

Еще кабель utp, в отличие от ftp, имеет меньшую величину затухания полезного сигнала. Что сильно сказывается при большой длине линии связи.

Поэтому при принятии решения, какой кабель выбрать, неэкранированный или ftp, нужно ориентироваться на наличие у оборудования возможностей для подключения экрана, наличия или отсутствия низкочастотных помех и общей длины линии связи.

Еще при выборе кабеля нужно обратить внимание на материал его оболочки. Если он проходит по открытым участкам на улице, то она должна быть защищена от воздействия солнечных лучей. Для этого наружную оболочку выполняют из полиэтилена, обычно она черного цвета. Но полиэтиленовая оболочка, защищающая кабель от солнечных лучей, колебаний температур и атмосферных осадков, поддерживает горение. Поэтому внутри помещений их нельзя прокладывать открыто.

Для использования внутри зданий оболочка не должна поддерживать горение и не выделять при этом галогены (фтор, хлор, бром или йод). Они являются не только сильными окислителями, но и ядовиты для человека. Не поддерживающие горение оболочки обозначаются добавлением к маркировке кабеля букв LS (low smoke) для импортной или «нг» для российской продукции. Не выделяющие галогенов дополнительно маркируются HF (halogen free).

Еще кабельная продукция может отличаться формой: круглой или плоской, предназначенной для прокладки под покрытиями. Под наружной оболочкой иногда добавляется слой из полиэтилена для защиты от влаги, а также – элементы для заполнения внутренних пустот.

[after] 1085518.01.2017Советуем к прочтению Отдых на воде, рыбная ловля. Спасательный жилет в Казахстане по выгодной цене Сетки 2D и 3D из прутьев Аренда бытовки в Киеве. Процесс строительства

Маркировка витой пары

Витая пара (англ. twisted pair) — вид кабеля связи, представляющий собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), покрытых пластиковой оболочкой.

Свивание проводников производится с целью повышения степени связи между собой проводников одной пары (электромагнитные помехи одинаково влияют на оба провода пары) и последующего уменьшения электромагнитных помех от внешних источников, а также взаимных наводок при передаче дифференциальных сигналов. Для снижения связи отдельных пар кабеля (периодического сближения проводников различных пар) в кабелях UTP категории 5 и выше провода пары свиваются с различным шагом.

Витая пара применяется при прокладке локальных вычислительных сетей (ЛВС), а также используется в системах видеонаблюдения, построенных на основе IP-видеокамер.

В статье мы детально рассмотрим маркировку данного типа кабелей, которая состоит из нескольких частей.

Материал проводника

Первое, на что следует обратить пристальное внимание, это указание на материал из которого выполнены сами жилы кабеля. Наиболее распространены у нас всего два вида проводников, которые используются при производстве витой пары:

• CU(от лат. Cuprum — медь) — Простое обозначение медного кабеля
• CCA(Сopper Сlad Aluminum – омедненный алюминиевый проводник) — В витых парах обычно используют ССА-10 (10% меди) и ССА-15 (15% меди)

Существуют также и другие, но менее распространенные варианты:

• 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
• CCAG(Copper Clad Aluminum and Silver – алюминий плакированный медью, с добавлением серебра) — То же, что и CCA, но для улучшения рабочих характеристик добавлено серебро
• CCAM(Copper Clad Aluminum & Magnesium Alloy) — омедненный алюминиево-магниевый сплав) — То же, что и ССА, но вместо алюминия применяется алюминиево-магниевый сплав
• ССС(Copper Clad Copper – омедненная медь) — «омедненная медь» означает жилу, в которой середина выполнена из медного лома или сплава 62% меди и 38% цинка, а верхний слой – из качественной электротехнической меди
• BC(Bare Copper – чистая медь) — По заявлению производителей — это 99,9% медь (без содержания кислорода), как правило такую маркировку ставят на кабеле не ниже 6 категории

Следует отметить, что стоимость кабеля на основе омедененного алюминия значительно ниже стоимости медного кабеля, однако по сравнению с медной — омедненная витая пара обладает рядом существенных недостатков:

• меньшая электропроводимость, что уменьшает предельную длину трассы от камеры до коммутирующего устройства
• высокая вероятность окисления контактов, что часто приводит к неисправностям в разъемах и соединениях кабеля
• малая совместимость с технологией PoE

Медный же кабель, несмотря на более высокую цену, практически лишен описанных недостатков. Сети, построенные на основе медной витой пары, и служат дольше, и обслуживаются реже. Не стоит забывать также и о большей максимальной длине трассы между коммутирующими устройствами, что в свою очередь обусловлено большей электропроводностью медного кабеля.

Защитная оболочка кабеля

В данном вопросе у кабеля витая пара все как и у других типов кабелей: внешняя оболочка зависит от условий прокладки и эксплуатации кабеля. Для предотвращение механических повреждений и других внешних факторов витую пару покрывают оболочкой одного из следующих типов:

• PVC(поливинилхлорид). Для внутреннего применения. Имеет оболочку, обычно серого или белого цвета. Допускается использовать во вне помещений, при условии защиты от прямого воздействия солнечного излучения и атмосферных осадков
• PE(полиэтилен). Для внешней прокладки. Защитная внешняя оболочка, состоит из светостабилизированного полиэтилена черного цвета. Устойчив к ультрафиолету, погодным осадкам и способен эксплуатироваться при температурах, в диапазоне: -60°С до +70°С
• PP(полипропилен). Для внешней прокладки в основном для высоких температур — до +140°С
• FR(Fire Resistance) — огнестойкий. Может работать в открытом пламене заданное время: на сегодня стандартизированы огнестойкие оболочки на 30, 90 и 180 мин
• LS(Low Smoke) — пониженное дымовыделение при горении
• ZH(Zero Halogen) — изготовлен из материалов, которые при горении не выделяют отравляющие галогеновые газы
• LSZH(Low Smoke Zero Halogen) — аббревиатура, составленная из двух предыдущих пунктов, но иногда его пишут как: LS0H. В России согласно: ГОСТ Р 54429-2011 и ГОСТ 31565-2012 данный кабель должен иметь маркировку: ZH нг(A)-HF. Применяется при размещении на промышленных предприятиях, офисных помещениях, высотных зданиях, зданиях-комплексах, в том числе с массовым скоплением людей, помещениях с большим количеством компьютерной и микропроцессорной техники
• K(бронированный кабель). Поверх оболочки наложена броня в виде оплетки из стальных оцинкованных проволок, позволяющая защитить кабель от грызунов. Подойдет для прокладке под землей
• B(бронированный кабель). Чаще всего для брони используется стальная лента, которая обвивается вдоль кабеля. Подойдет для прокладке под землей
• C(трос). Трос нужен для натяжения кабеля между строениями

Защитный экран

Для защиты от электромагнитных помех используется несколько типов экранирования кабеля. Именно тип экрана и определяет основную маркировку витой пары. Иногда, она может вводить в заблуждение, в виду того, что равноправно используются как разговорные, так и официальные аббревиатуры. Наиболее понятными и распространёнными являются кабели типов UTP и FTP. В остальных случаях, при покупке, лучше уточнить конкретно, какой тип экрана требуется.

Официальная маркировка использует аббревиатуры по стандарту ISO/IEC 11801, разделённых знаком дроби (/) — U/UTP. Где, TP обозначает «twisted pair» (витая пара). Буква перед знаком дроби соответствует наличию или отсутствия общего экрана/медной оплётки, а после — индивидуального экрана для каждой из пар.

• U — unshielded, без экрана
• F — foil, фольга
• S — screening, оплётка из проволоки (бывает только внешний экран). Стоит заметить, что чаще всего производители используют прозрачную пленку, а не проволоку

Сама маркировка выглядит так:

• U/UTP — кабель не имеет защитного экрана
• U/FTP — кабель имеет отдельный защитный слой из фольги для каждой пары
• F/UTP — кабель имеет один внешний общий защитный слой из фольги
• F/FTP — кабель имеет и внешний общий защитный слой из фольги и отдельный для каждой пары
• S/UTP — кабель имеет один внешний общий защитный слой из медной оплетки
• S/FTP — кабель имеет один внешний общий защитный слой из медной оплетки и индивидуальный слой из фольги для каждой из пар
• SF/UTP — кабель имеет два внешних защитных слоя, один из фольги, второй из медной оплетки
• SF/FTP — кабель имеет два внешних защитных слоя (фольга и оплетка), а также индивидуальный слой из фольги для каждой из пар

Прочие характеристики

Также в маркировке кабеля указывается количество пар, диаметр проводника (калибр), вид исполнения проводников, категория кабеля.

Количество пар может быть любым. Чаще всего для компьютерных систем применяется 4-парный кабель. Все четыре пары задействуются только при создании сетей со скоростью до 1 Гбит/с. В большинстве же случаев достаточно подключения со скоростью до 100 Мбит/с — используются только две пары. Для таких сетей а также для устройства сигнализации и домофонов выпускается 2-парная витая пара.

Также вместе с количеством пар указывается и диаметр жилы. В связи с применением разных стандартов маркировки, указание на количество пар и диаметр каждой жилы может различаться в зависимости от производителя кабеля.

Например, может встречаться маркировка «4PR 24AWG» или «4х2х0.51«. Обе эти маркировки обозначают, что в кабеле 4 пары проводников диаметром 0.51мм.

В первом случае используется американский стандарт маркировки.AWG — (American Wire Gauge — американский калибр проводов) — американская система маркирования толщины проводов. Проводники имеют определенное сечение, а на кабеле указывают значение AWG.

Перевод номеров AWG в миллиметры:

• 23 AWG = 0,573 мм
• 24 AWG = 0,511 мм
• 25 AWG = 0,455 мм

Также часто указывают и вид исполнения проводников. Их всего два:

• Solid — цельные (однопроволочные) — кабели с проводниками, состоящими из одной медной проволоки (одной жилы)
• Stranded — скрученные (многопроволочные) — кабели с проводниками, состоящими из нескольких тонких жил

Цельный означает, что внутренний проводник представлен в виде единого куска меди, а скрученный – из нескольких тонких медных проводников, скрученных вместе.

Скрученные кабели (Stranded) являются более гибкими, и их используют там, где кабель будет часто двигаться, например, вблизи рабочих мест. Цельный кабель (Solid) не так гибок, зато более долговечен, его используют для постоянных сетей, там где кабель не двигается – как на улице, так и внутри помещения.

Категория кабеля указывается, например, как «Cat.5e«. На эту тему у нас есть отдельная статья про категории кабелей и разъемов СКС.

Прочие характеристики

И в завершение разберем несколько маркировок витой пары:

• U/UTP CCA 2PR Cat.5e Solid 24AWG PVC — не экранированный кабель, омедненный алюминий, состоит из 2 пар по 2 жилы, категории 5e, каждая жила в виде цельной проволоки, диаметр жилы 0,51 мм, внешняя оболочка поливинилхлорид
• F/UTP 4x2x0.51 Cat.5e Solid PE — внешний защитный слой из фольги, 4 пары по 2 жилы, диаметр жилы 0.51мм, категории 5e, каждая жила в виде цельной проволоки, внешняя оболочка полиэтилен, подходит для внешней прокладки
• 4PR U/UTP 23AWG Cat.6 LSZH — 4 пары по две жилы, не экранированный кабель, диаметр жилы 0.57мм, категория 6, малой дымности и не выделяющий галогенов

При указании такой маркировки следует обратить внимание на материал проводников, он явно указан только в первом случае. Как правило нужные буквы можно увидеть непосредственно на кабеле, коробке или технической документации.

Содержание

Диаметр или площадь сечения

Есть один важный момент, про который не все в курсе. В описании кабеля «витая пара» (он же UTP) и на его упаковке обычно написано 4х2х0.51. Это значит, что в кабеле 4 перевитых пары, в паре 2 жилы, диаметр каждой жилы 0.51мм. Диаметр, не сечение!

На силовых кабелях всегда написано сечение, измеряемое в квадратных миллиметрах, например, 3х1.5, 5х4 или 2х0.75. И у нас в голове уже засели типичные максимальные токи, которые могут идти по таким кабелям, например, по кабелю сечением 1.5 — 10 ампер, 2.5 — 16 ампер. И кажется, что раз у витой пары сечение 0.51мм, то уж пару ампер-то она выдержит.

Но нет! Исторически сложилось так, что у витой пары измеряется не площадь сечения, а диаметр, из-за этого, конечно, возникает дикая путаница.

Нам многих сайтах написано с ошибкой, что у витой пары значение 0.5-0.6 относится именно к сечению, а не к диаметру.

Что такое AWG

Раз уж зашёл про это разговор, то на витой паре можно встретить буквы AWG. Это американский стандарт, описывающий диаметр кабеля. Причём, чем больше цифра написана после букв AWG, тем кабель тоньше. Дикари-с. Вот простая табличка:

В этой же табличке можно видеть соотношение между диаметром жилы кабеля и площадью её сечения. При желании те же цифры можно получить по формуле S = pi * R ^ 2 (сечение = 3,14 * радиус в квадрате). Не забудьте, что радиус — это только половина диаметра.

Самый распространённый кабель — это AWG 24, диаметр каждой жилы витой пары 0.51мм, а площадь сечения всего 0.204 мм2.

Получается, что сечение жилы витой пары крайне мало, и ток, который можно передавать по ней, тоже крайне мал. В случае слаботочного питания надо искать не предельный ток, который можно передавать по витой паре, чтобы она не расплавилась, а падение напряжения в ней. То есть, нужно знать длину кабеля, ток нагрузки и удельное сопротивление, далее по закону Ома считать падение напряжения в кабеле, чтобы получить напряжение, которое придёт на питаемое устройство, пройдя по кабелю. Я рассматривал эти расчёты, когда писал про питание светодиодных лент.

Кабели для шины

Если у нас по помещениям раскинута шина CAN или Modbus или KNX, а на шине висят устройства, которые от неё питаются, то надо внимательно отнестись к выбору кабеля для шины. Если мы подключаем десяток датчиков Wirenboard на одну шину длиной до 60-70 метров, то проблем не будет, так как ток потребления небольшой и длина линии небольшая. Если мы переносим шину в какой-то промежуточный щит, в котором стоят модули, то там лучше поставить отдельный блок питания для надёжности. Ну а в общем случае можно использовать не витую пару для передачи питания, а что-то потолще. Например, КПСВЭВ 2х2х0.75 имеет честную площадь сечения каждой жилы именно 0.75мм2, то есть, в 3.7 раза больше, чем витая пара. Соответственно, падение напряжения в 3.7 раза меньше. Но и кабель сильно толще. И запасных жил меньше.

Специальные интерфейсные кабели для RS485 обычно имеют также небольшое сечение, у них диаметр жилы обычно порядка 0.6-0.8мм. Они не предназначены для питания большого количества потребителей на шине.

Специальные кабели для шины KNX обычно имеют диаметр 0.8мм.

У устройств KNX, надо заметить, потребляемый ток крайне мал, это единицы микроампер. Некоторые устройства требуют отдельного питания 24 вольта, например, большие сенсорные панели, к ним питание можно проложить отдельным кабелем типа 2х0.75.

220 вольт по витой паре

Затрону этот вопрос. Уж очень часто его задают. Даже если принять во внимание, что площадь сечения витой пары всего 0.2мм2, то по нему, казалось бы, можно передать 220 вольт на что-то совсем слабое, ватт на 100. Но нет! Вы забываете о том, что никакая витая пара не рассчитана на то, что по ней будут передавать такое напряжение. Это уже характеристика не жил кабеля, а сопротивления изоляции кабеля.

Эту характеристику надо смотреть в описании каждого конкретного кабеля. Вот витая пара 5-й категории от завода Паритет.

Максимальное напряжение — 145 вольт.

Вот кабель Lapp ETHERLINE® Cat.5e:

Тут 125 вольт.

Так что ни о какой передаче 220 по витой паре даже не думайте. В случае крайней необходимости можно взять два разных кабеля, в каждом скрутить жилы между собой и подать по ним фазу и ноль. Полагаю, внешняя изоляция напряжение точно выдержит.

Не покупайте дешевую витую пару

Предупреждаю всех клиентов — не стоит покупать дешёвую витую пару! Совсем дешёвая — это меньше 10-12 рублей за метр. На совсем дешёвой написано CCA, это означает, что жилы сделаны не полностью сделанные из меди, а омеднённые. На медной написано CU (купрум!).

Далее смотрим на диаметр. 0.46 нежелателен, желателен 0.51. Вроде, разница небольшая, но сказывается на качестве кабеля.

Что такое некачественный кабель? Это такой, который вы подключаете в выключатель, а жила ломается. Причём, у самого выхода жилы из стены, то есть, этой жилы больше нет. Вот это самая неприятная ситуация. Рекомендуется брать кабели таких производителей как Lapp, Hyperline, Legrand, Cavel. Пусть кабель получится дорогой (рублей 50 за метр), но в ответственных стройках из-за некачественного кабеля могут возникнуть проблемы, стоимость решения которых будет гораздо выше стоимости кабеля.

Если есть возможность купить кабель в бухте не 305 метров (опять американский стандарт — 100 футов), а 500 или 1000 метров, то будет меньше обрезков.

Не надо для передачи сигналов брать кабель 6-й или даже 7-й категории (если только вам не нужна 10-гигабитная сеть), повышенная категория не означает автоматически более высокое качество.

+1Используемые источники:

• https://voltland.ru/na-zametku/v-chem-otlichie-kabelej-ftp-i-utp.html
• https://ekalink.ru/info/articles/rasshifrovka-markirovki-vitoy-pary/
• https://home-matic.ru/2021/02/sechenie-i-diametr-vitoi-pary/