Как кабель проводит ток?

Проводимость токопроводящих жил зависит от металла, из которого они изготовлены. Как известно, медь – это оптимальный материал для использования в кабелях, у неё отличная электропроводность, эластичность, теплопроводность, устойчивость к коррозии. Однако медь бывает разной – например, примесь в 0,02 % алюминия снижает проводимость меди на 9-10 %. Поэтому для изготовления кабелей важно выбирать наиболее чистую медь, с содержанием примесей не более 0,01 %.

Но только ли электропроводность жил важна?

Если говорить о цепях постоянного тока или переменного тока промышленной частоты (50 Гц), то в большей степени да. Проводимость жилы в этих случаях определяется в основном материалом и сечением проводника. Но при протекании переменного тока высокой частоты в проводнике возникает поверхностный эффект, он же скин-эффект.

При поверхностном эффекте площадь поперечного сечения проводника, по которой протекает электрический ток, уменьшается. Чем больше частота тока, тем больше этот эффект выражен — плотность тока ближе к центру проводника уменьшается, электроны перемещаются к поверхности. При дальнейшем увеличении частоты основная часть носителей заряда концентрируется у поверхности токопроводящей жилы.

Поверхностный эффект.

На рисунке выше условно показано распределение электронов в проводнике при постоянном токе (DC), переменном токе небольшой частоты F1 и высокой частоты F2. В последнем случае высокочастотный ток протекает как бы по стенкам проводника, а не по всему сечению жилы.

В витой паре жилы свиваются попарно, при этом ток в них направлен встречно. Из-за этого появляется ещё одна проблема — эффект близости, при котором электроны притягиваются к той стороне жилы, которая ближе к соседнему проводнику.

Эффект близости.

Следовательно, площадь сечения токопроводящей жилы, по которой двигаются электроны, становится ещё меньше. Кстати, эффект близости тоже зависит от частоты и проявляется тем сильнее, чем она выше.

Зачем платить больше, если можно сэкономить?

А теперь давайте подумаем: по витой паре передаются высокочастотные сигналы (от 100 до 1000 МГц). Соответственно, ток в ней протекает не по всему сечению жилы, а только по поверхности.

Если середина жилы фактически не используется, зачем делать её медной? Ведь можно изготовить жилу из другого материала, а на поверхность нанести любым удобным способом тонкий слой меди, как позолоту на бижутерию?

Подумали – сделали! Так появились кабели с омеднёнными жилами из алюминия или стали (биметаллические). Материал токопроводящей жилы отражается в маркировке витых пар (если производитель, конечно, уважает своих клиентов):

· Cu — чистая медь.

· CCS — Copper Clad Steel или покрытая медью сталь.

· CCA — Copper Сlad Aluminum или покрытый медью алюминий.

Есть и другие обозначения, подробнее описывающие состав жил типа CCAG, CCAM, но рассказывать о каждом не имеет смысла.

Биметаллический кабель в разрезе.

Такая продукция дешевле и весит меньше, а ток проводит так же, как и медная. Казалось бы, хорошее решение! Но это не совсем верно…

Подводные камни омеднённых жил

Вы знаете, как работают контакты стандартных пластиковых штекеров 8P8C? Рабочей частью они прижимаются к ответным контактам разъёма, а на оболочке кабеля держатся фиксатором, сами же контакты заострённым концом врезаются сквозь изоляцию в жилу.

Присоединение контактов к различным типам жил.

Практически на всех штекерах и разъёмах контакты медные. В результате при обжиме медной витой пары получается хорошее соединение между контактом разъёма и жилой.

Но при обжиме CCA-витой пары из-за мягкости алюминия контакт разъёма чрезмерно сдавливает жилу и образуются зазоры, возможны трещины. Более того, образуется гальваническая пара, из-за чего при протекании электрического тока металлы окисляются и разрушаются. В CCS-кабеле, наоборот, из-за твёрдости стали медный контакт не может погрузиться в жилу на нужную глубину, то есть такая витая пара не обжимается до конца.

В обоих случаях получается плохое соединение, у которого со временем повышается контактное сопротивление и вероятна потеря контакта как такового. В результате это приводит к непредсказуемому изменению параметров, неустойчивой работе как конкретных линий, так и системы в целом.

Именно поэтому ответственные производители предлагают витую пару из чистой меди.

Подведём итоги

При использовании вито парных кабелей с омеднёнными жилами добиться стабильной и долговечной работы системы не получится по описанным выше причинам.

Такие кабели могут сэкономить деньги при монтаже множества длинных линий с относительно низкими скоростями передачи данных. Этим достоинством активно пользуются многие провайдеры, например, для подключения квартир в многоквартирных домах. К тому же часто за кабель и его замену платят потребители, следовательно, таким поставщикам услуг интернета это не только экономит средства, но и позволяет больше зарабатывать на обслуживании сети.

Для пользователя от витой пары CCS и CCA нет никаких преимуществ. Поэтому во всех случаях стоит отказываться от таких кабелей в пользу медной витой пары.

Источник:   Яндекс. Дзен