Сравнение медных и CCA кабелей и патчкордов

В последнее время на рыке появились дешевые кабели для передачи данных (в основном Категории 5Е) со специальной конструкцией проводников. Эти проводники Copper Clad Aluminium Wires (CCAW) состоят из двух различных материалов...

Это жилы изготовлены из алюминия снаружи покрытого медью. Причина такой конструкции очевидна — медь вносит весомую составляющую в общую стоимость кабеля, и частичная замена меди алюминием существенно снижает стоимость кабеля.

Более того, на первый взгляд такие кабели должны иметь хорошие характеристики при передаче высокочастотных сигналов из-за поверхностного эффекта (т.н. Skin-Effect). Теоретическая физика подтверждает то, что при передаче высокочастотных сигналов, сигнал распространяется только по поверхности проводника – что собственно и называется поверхностным эффектом. Таким образом, в кабелях с омедненной алюминиевой жилой (кабель cca), благодаря поверхностному эффекту, сигнал передается по внешнему (медному) слою жилы и поэтому характеристики кабеля должны соответствовать требованиям категории 5е. В действительности – если протестировать только кабель это окажется правдой. И с первого взгляда всё выглядит неплохо! Тогда в чем может быть проблема?

Появление омедненных кабелей не связано с инновациями и технологическими прорывами в производстве кабелей. Омеднение проводника широко использовалось при производстве телевизионных коаксиальных кабелей, самые бюджетные из которых были именно биметаллические (стальная жила покрытая медью). Появление омедненной витой пары прежде всего связано с экономическими причинами.

При наличии спроса на что-либо вопрос только в том, как быстро возникнет предложение. Видимо в какой-то момент времени, на одном из китайских заводов была проявлена инженерная гибкость, и был найден выход – омедненная витая пара. То есть высокий спрос на дешевую витую пару породил соответствующее предложение на рынке.

Виды биметаллических кабелей витая пара

Расположение меди в наружном слое, а алюминия или стали внутри конструкции, а не наоборот, весьма важно: с одной стороны, при переменном токе достигается более высокая проводимость всего провода, в целом, с другой — медь защищает расположенную под ней металл от коррозии. Алюминий весьма активно окисляется и покрывается тонкой оксидной пленкой с большим электрическим сопротивлением. Эта пленка предохраняет алюминий от дальнейшей коррозии, но создает большое переходное сопротивление в местах контакта алюминиевых проводов и делает невозможной пайку алюминия обычными методами. Алюминий обладает пониженными по сравнению с медью свойствами — как механическими, так и электрическими. При одинаковых сечении и длине электрическое сопротивление алюминиевого провода больше, чем медного, в 1,63 раза !!!

В настоящее время получили распространение два вида биметалических кабелей UTP:

1. омеденный стальной проводник (CCS = Copper Clad Steel )

2. омеденный алюминиевый проводник (CCA = Copper Clad Aluminium )

Витая пара со стальной жилой плакированная медью (ССS), достаточно редкое предложение, в основном на рынке представлены кабели CCA. На наш взгляд, из двух видов омедненных кабелей CCS – наихудший вариант.

Плюсы и минусы

 Плюсы:

• низкая стоимость
• малый вес

Минусы:

• хрупкий, проводник ломается при небольших радиусах изгиба.
• плохо обжимается коннектором RJ-45 - жила плохо держится в разъеме (плавающий контакт)
• небольшая длина сегментов
• непредсказуемость волнового сопротивления (импеданса) в зоне контакта при заделки кабеля в IDC разъем розетки или патч-панели
• как правило, более тонкая жила на синей (4-5) и коричневой (7-8) парах
• непредсказуемое изменение характеристик при последующей перекладке кабеля

Есть и другие технологические ухищрения, на которые идут китайские производители, чтобы снизить себестоимость уже и без того дешевых CCA кабелей.

Напомним, для обозначения омедненного проводника с алюминиевым сердечником используется уже многим знакомая аббревиатура CCA (Cooper Clad Aluminum - алюминий плакированный медью).

Плакирование - это термомеханический процесс, который в случае CCA кабелей заключается в совместном протягивании двух металлов Al и Cu. В медную трубку помещается алюминиевый пруток, после нагрева «композитную» заготовку протягивают через валики. Сцепление между металлами осуществляется в результате диффузии под влиянием совместной деформации горячей заготовки. Биметаллические проводники полученные по технологии плакирования содержат примерно 30%-35% меди (Cu). Однако нет предела «совершенству» - существует более экономная (в плане использования меди) технология.

Биметаллические проводники, полученные с ее помощью, также имеют рыночное название CCA, что, естественно, может запутать. Правда, расшифровывается эта аббревиатура несколько иначе - Copper Coated Aluminum).

По сравнению с толстым слоем (меди), полученным в результате плакирования, проводники, полученные способом электролитического осаждения, содержат более тонкий слой меди – примерно 9%. Таким образом, технология Copper Coated Al позволяет получать еще более дешевые омедненные кабели, чем технология Copper Clad Al. Всего-то изменилось одно слово в аббревиатуре, а экономия меди составила порядка 25%. Согласитесь, неплохой результат для одного слова.

Нетрудно догадаться, что чем меньше биметаллический проводник содержит меди, тем он хуже. Низкое содержание меди естественно скажется не самым лучшим образом на механических, электрических и передаточных характеристиках кабелей. Сигнал в омедненных кабелях с 9% содержанием меди затухает еще быстрей, чем в 35 %-х, что отрицательно влияет на длину сегментов.

В связи с тем, что даже уже в сегменте CCA кабелей развивается ценовая конкуренция, (вызванная технологическими новшествами) рядовому потребителю будет непросто на глазок отличить одну разновидность CCA кабелей от другой. А как показывает практика, импортеры CCA кабелей порой не спешат делиться такой информацией на упаковке или на самом кабеле.

Отдельно хотелось бы прокомментировать одно бытующее заблуждение, что, якобы, при заделке омедненной жилы в IDC разъем образуется биметаллический контакт. Видимо, те, кто придерживаются такого мнения, утверждая подобное, считают, что ножи IDC разъема медные и в случае внедрения «медного» ножа в алюминиевый сердечник проводника образуется эта, так называемая, биметаллическая пара. Однако, это не так. Биметаллический контакт – это нормальное явление для этого типа соединений, даже при использовании стандартных компонентов. Например, материал IDC разъемов 110 типа компании LANMASTER - это сплав фосфор-бронза покрытая оловом (Phosphor Bronze with Tin plated), т.е. в любом случае получается биметаллическая пара.

Коль уж мы так серьезно углубились в тему контакта жилы и ножей разъема IDC, будет уместно подробно осветить один из недостатков, который сформулирован следующим образом - «непредсказуемость волнового сопротивления (импеданса) в зоне контакта жил кабеля в IDC разъеме розетки или патч-панели». Итак, мы заделываем медно-алюминиевую жилу в IDC разъем 110 типа, нож разъема прорезает изоляцию (PE) жилы и внедряется в тело проводника. Далее возможны 2 варианта: 1) Нож контактирует только с медной частью медно-алюминиевой жилы, 2) Нож прорезал медный слой и имеет электрический контакт с алюминиевым сердечником жилы.

В первом случае мы имеем вполне знакомую ситуацию, как и в случае с обычной медной жилой – импедансы согласованы.

Во втором случае, из-за контакта 110 ножа с алюминиевым сердечником мы имеем несогласованные импедансы, т.к. медь и алюминий имеют разное волновое сопротивление. Заранее знать с какой частью жилы будет контакт разъема IDC невозможно. Несогласованные импедансы в одной паре или в разных парах, в случае омедненного кабеля существенным образом сказываются на работе активного оборудования, что приводит к многочисленным ошибкам и неустойчивой работе.

Какие последствия можно ожидать от кабеля сса?

В худшем случае, сразу после инсталляции всё будет выглядеть хорошо (что возможно даже в случае с омедненной жилой) – но спустя некоторое время контакт может пропасть. Это повлечет за собой много проблем, так же как и увеличение затрат, вызванных непредсказуемыми простоями сети. Именно такой эффект можно ожидать в случае применения кабелей с омедненными алюминиевыми жилами, вызванный температурными изменениями и отсутствием герметичности в зоне IDC-контакта.

И еще один недостаток кабелей с омедненной жилой

Это несовместимость с приложениями PoE (Power over Ethernet). Технология PoE обеспечивает питание абонентских устройств по обычным кабелям передачи данных, для чего требуется очень низкое сопротивление по постоянному току. Но в случае биметаллической жилы постоянный ток будет протекать по центральной алюминиевой жиле, а алюминиевая жила имеет сопротивления гораздо больше, чем медная. Это повлечет за собой большие потери мощности сигнала и приведет к нагреву кабелей, что окажется серьезной проблемой, особенно в случае испрльзования кабельных жгутов.

Выводы и заключение

Что выглядит на первый взгляд вполне логично и правильно, при более детальном рассмотрении может оказаться сомнительным и неоднозначным (когда принимается во внимание технология оконцовки кабеля и особенность работы некоторых приложений). Хорошие качественные соединители для профессиональных инсталляций сегодня разработаны для оконцевания только полностью медной жилы, так как только такая комбинация гарантирует хорошее качество соединения и его надежность. Кабели для передачи данных с омедненной алюминиевой жилой (CCAW) будут стоить дешевле, но, в конечном счете, сэкономленные деньги будут быстро потеряны из-за проблем с передачей информации и отказов в компьютерной сети. Поэтому приходим к заключению, что для гарантированной работы сетевых приложений могут использоваться только кабели с полностью медной жилой.