Проблема диаметра горизонтальных симметричных кабелей СКС и способы её решения

Page 1

Page 2

«КАБЕЛЬ-news», № 5, 2011, www.kabel-news.ru

Актуально

ÊÀÁÅËÈ ÑÂßÇÈ

з соображений удобства построения и по-
следующей эксплуатации информаци-
онное кабельное хозяйство отмеченного
выше назначения в подавляющем боль-

шинстве случаев строится в форме структурирован-
ной кабельной системы (СКС). В основу подобного
подхода положен ряд её хорошо известных и обще-
признанных среди широкого круга специалистов до-
стоинств.

СКС как технический объект на системном уров-

не со степенью полноты, достаточной для решения
основных практических задач, нормирован доволь-
но многочисленными стандартами глобального и ре-
гионального масштаба: ISO/IEC 11801, TIA/EIA-568,
EN-50173, TIA-854, TIA-942, IEC 61156 и т.д. В части,
посвящённой рассмотрению отдельных компонен-
тов тракта передачи, в этих же документах с боль-
шей или меньшей степенью подробности определе-
ны базовые принципы конструкции симметричных
кабелей СКС.

Таблица. Типовые диаметры токопроводящей

жилы горизонтальных кабелей различных

категорий

Категория

5е

6а

Типовой внешний ди-

аметр проволоки, мм

0,51

0,53

0,57

0,6

РОСТ ДИАМЕТРА ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ КАБЕЛЕЙ

СКС КАК ТЕНДЕНЦИЯ

Характерной особенностью современного этапа

развития техники СКС является устойчивая тенден-
ция к росту внешнего диаметра горизонтальных ка-
белей. Данный процесс носит объективный харак-
тер, а в его основе лежит целая совокупность побу-
дительных мотивов самого разнообразного плана.

В первую очередь растёт диаметр проводника.

Это происходит несмотря на крайне нежелательные
последствия увеличения материалоёмкости изделия
в целом и опережающего роста его стоимости из-за
наблюдающегося в последнее десятилетие резко-
го, исчисляемого разами роста цены меди и нефти
как основных сырьевых компонентов при изготовле-
нии проводов витых пар. Неизбежность наращива-
ния диаметра обусловлена:
• переходом на технику более высоких категорий

(см. таблицу) в связи с постоянным ростом требо-
ваний к пропускной способности кабельных трак-
тов СКС со стороны сетевых интерфейсов;

• массовое использование техники РоЕ дистанци-

онного питания оконечной сетевой аппаратуры, а
также её более совершенных вариантов РоЕ+ и в
перспективе РоЕ++.
Тенденцию роста диаметра проводников в неяв-

ной форме признают даже основные нормативные
документы. Они содержат положение о том, что при

Проблема диаметра
горизонтальных
симметричных кабелей
СКС и способы её решения

В современных общественных и жилых зданиях организуется достаточно
большое количество информационных проводных сетей самого разнообраз-
ного назначения. Наиболее известными техническими объектами такого рода
являются локальная вычислительная сеть и сеть телефонной связи. Кроме
того, в их перечень следует добавить также сети пожарно-охранной сигнали-
зации и видеонаблюдения, управляющего оборудования многочисленных ин-
женерных систем и т.д.

Андрей СЕМЁНОВ, д.т.н., директор по развитию АйТи-СКС компании «АйТи»

Page 3

«КАБЕЛЬ-news», № 5, 2011, www.kabel-news.ru

Актуально

ÊÀÁÅËÈ ÑÂßÇÈ

допустимом диапазоне изменения величины данно-
го параметра в 0,4–0,6 мм значительная часть IDC-
контактов коммутационной техники категории 5е
и выше не гарантирует нормального подключения
проводников с диаметром менее 0,5 мм.

Независимо от категории линейных кабелей рост

общего диаметра этих изделий определяется увели-
чением как относительных, так и абсолютных объ-
ёмов применения экранированных линейных кабе-
лей. Особенно явно этот процесс характерен для
изделий категорий 7 и 7а с общими оплеточными
экранами, которые по своим параметрам вполне мо-
гут быть использованы при построении 40- и даже
100-гигабитных линий.

Отказ от элементов экранирования также не по-

зволяет удержать внешний диаметр линейного ка-
беля от роста по мере увеличения категории. В дан-
ном случае свою лепту вносит уменьшение шага
скрутки с целью наращивания всех видов внутри-
кабельного переходного затухания. За счёт этого
в сердечнике четырёхпарного кабеля с канониче-
ской конструкцией витые пары существенно менее
плотно прилегают друг к другу. Немедленно появ-
ляющаяся при этом задача получения механически
стабильной структуры решается преимуществен-
но за счёт применения жёсткой оболочки увеличен-
ной толщины, что тоже не способствует уменьше-
нию диаметра.

Определённое стимулирующее влияние на рост

внешнего диаметра оказывает также целый ряд кон-
структивных нововведений прошедшего десятиле-
тия, которые в массовом масштабе применяются в
современных горизонтальных кабелях с целью улуч-
шения характеристик изделий по различным видам
переходных влияний. Наиболее значимыми из них
могут считаться следующие:
• внедрение сепараторов для улучшения всех ви-

дов внутрикабельных переходных затуханий;

• наращивание эффективного диаметра неэкра-

нированных конструкций категории 6а, которые
в настоящее время весьма популярны при стро-
ительстве СКС для центров обработки данных, с
целью улучшения характеристик по межкабель-
ному влиянию.
В последнем случае с целью сохранения гибко-

сти на приемлемом уровне и некоторого ограниче-
ния роста массы используются два основных приё-
ма. Первым из них является структурирование вну-
тренней поверхности оболочки выступами треу-
гольной или трапециевидной в сечении формы вы-
сотой несколько десятых миллиметра. Второй при-
ём основан на отходе от традиционной круглой фор-
мы в пользу треугольной (компания Brand-Rex) или
овальной (TE-ADC-Krone) с дополнительной осевой
закруткой всей структуры.

Нельзя забывать также о необходимости повсе-

местного применения LSZH-конструкций в связи с
ужесточением требований по пожарной безопасно-
сти зданий. Компаунды, используемые при изготов-
лении внешней оболочки серийных кабельных из-
делий с подобными свойствами, обладают мень-
шей механической прочностью по сравнению с ши-
роко использовавшимся ранее ПВХ. Для сохранения
значений этого параметра, приемлемых с точки зре-
ния используемых технологий прокладки и типовых
условий эксплуатации, разработчик кабеля вынуж-
ден идти на увеличение толщины оболочки.

АКТУАЛЬНОСТЬ ЗАДАЧИ МИНИМИЗАЦИИ

ДИАМЕТРА И ЕЁ ОСОБЕННОСТИ

Из соображений достижения высокой эксплуата-

ционной надёжности и получения функциональной
гибкости, а также с учётом конструктивных особен-
ностей типовых терминальных приборов, СКС, как
известно, реализуется по звездообразной тополо-
гии. Примерно 85% всех людских и материальных
ресурсов, необходимых для её создания, направля-
ется на реализацию горизонтальной подсистемы.
В основной массе случаев линейная часть горизон-
тальной подсистемы таких сетей в реалиях сегод-
няшнего дня создаётся на базе четырёхпарных сим-
метричных кабелей, которые подключаются к соот-
ветствующему коммутационному оборудованию. Та-
кой подход отличается рядом известных достоинств,
обсуждение которых выходит за рамки данной ста-
тьи. Одновременно можем констатировать, что ко-
личество потребителей ресурсов современных СКС
независимо от области применения растёт достаточ-
но высокими темпами в связи с переходом в области
жилого и общественного строительства на концеп-
цию «умного дома», а также массовым строитель-
ством центров обработки данных (ЦОД).

Совокупность этих факторов приводит к необходи-

мости прокладки в здании всё большего количества
горизонтальных кабелей. В свою очередь это делает
весьма актуальной задачу улучшения массогабарит-
ных показателей этих изделий. В случае её успеш-
ного решения проект построения информационно-
вычислительной системы предприятия в части его
физического уровня и непосредственно взаимодей-
ствующих с ним инфраструктурных компонентов по-
лучает целую совокупность значимых преимуществ:
• возможность улучшения массогабаритных пока-

зателей кабель-каналов и достижения высоких
эстетических характеристик помещений для раз-
мещения пользователей;

• снижение пожарной нагрузки на здание;
• увеличение гибкости кабелей, что в свою очередь

делает выполнение инсталляционных работ ме-
нее трудоёмким;

Page 4

«КАБЕЛЬ-news», № 5, 2011, www.kabel-news.ru

Актуально

ÊÀÁÅËÈ ÑÂßÇÈ

• упрощение и увеличение эффективности функ-

ционирования наиболее часто используемой на
практике системы воздушного охлаждения ак-
тивного сетевого оборудования в центрах обра-
ботки данных;

• определённое снижение капитальных затрат на

СКС любого функционального назначения из-
за меньшего расхода исходных материалов, по
меньшей мере при сохранении остальных харак-
теристик.
Отметим, что задачу оптимизации конструкции

можно поставить несколько иначе в более узкой спе-
циальной форме без потери общности. При перехо-
де к такой формулировке она сводится к минимиза-
ции внешнего диаметра изделия с сохранением всех
остальных параметров для обеспечения полного со-
ответствия требованиям действующих и перспек-
тивных редакций нормативных документов. В ка-
честве целевой функции допустимо, хотя и не так
эффективно, выбрать также уменьшение погонной
массы кабеля при по крайней мере сохранении неиз-
менным его внешнего диаметра (фактического или
эквивалентного).

В процессе достижения поставленной цели впол-

не возможно ограничиться соблюдением гарантий
выполнения только тех параметров, которые крити-
чески важны с точки зрения обеспечения требуемых
качественных показателей тракта передачи инфор-
мации в фокусной области применения линейного
изделия. В этом случае системная гарантия на со-
ответствие требованиям стандарта заменяется фир-
менной гарантией на работу конкретного приложе-
ния или их закрытого перечня.

Подходы к решению задачи уменьшения внешне-

го диаметра отличаются достаточно большим разно-
образием. Основная масса представленных реше-
ний доведена до уровня серийного производства и
доступна для заказа или прямой поставки со скла-
дов производителей и их дистрибьюторов.

ИЗМЕНЕНИЕ ФОРМЫ СЕПАРАТОРА

Расстояние между отдельными витыми пара-

ми горизонтального кабеля из-за некоторой «рых-
лости» структуры сердечника и различных шагов
скрутки меняется вдоль оси и является статистиче-
ской величиной с определённым спектром распре-
деления. Сепаратор используется для принудитель-
ного увеличения среднего значения данного процес-
са и улучшения за счёт этого параметров изделия
по всем видам переходных влияний. Подобный кон-
структивный приём, несмотря на свою относитель-
ную простоту, отличается очень высокой эффектив-
ностью и впервые был использован в серийной тех-
нике категории 6 ещё в конце 90-х годов.

Классический сепаратор выполнен в форме четы-

рёхлучевой осесимметричной звезды (рис. 1). Допол-
нительно внешние концы лучей могут быть снабже-
ны расширениями-упорами, что несколько улучшает
устойчивость кабеля к воздействию сжимающих уси-
лий. При применении сепаратора в кабельном сер-
дечнике формируются четыре камеры, в каждую из
которых помещается по отдельной витой паре.

Главным отрицательным следствием от введе-

ния в состав сердечника классического сепаратора
является заметное ухудшение массогабаритных по-
казателей готового изделия, что обусловлено в пер-
вую очередь значительными габаритами централь-
ной части сепаратора из-за необходимости обеспе-
чения его механической прочности и стабильности
при изгибах во время прокладки. С целью исправ-
ления этого недостатка предложено и доведено до
уровня серийного производства несколько решений,
которые делятся на две основные группы.

Первую группу решений образуют те из них, ко-

торые основаны на переходе на двухкамерную кон-
струкцию, формируемую с помощью пластинчато-
го сепаратора. В данном случае разработчик поль-
зуется тем фактом, что межпарное переходное за-
тухание не является одинаковым для всех комбина-
ций пар и размещает в одной секции те пары, ко-
торые имеют некоторый запас по этому параметру.
По такому пути пошли компании TE-ADC-Krone (СКС
типа CopperTen) и Commscope (СКС типа Systimax).
При этом кабель CopperTen вполне допустимо рас-
сматривать как квазидвухкамерную конструкцию за
счёт того, что в центральной части сепаратора сфор-
мирован небольшой гребень, дополнительно удер-
живающий витые пары в правильной позиции.

Рис. 1. Кабель с классическим сепаратором

звездного типа

Page 5

«КАБЕЛЬ-news», № 5, 2011, www.kabel-news.ru

Актуально

ÊÀÁÅËÈ ÑÂßÇÈ

Применение пластинчатых сепараторов вместо

звездообразных позволяет также удержать в при-
емлемых пределах такую важную в процессе вы-
полнения инсталляции характеристику, как гиб-
кость кабеля.

Вторая группа основана на сохранении четырёх-

камерной схемы сердечника, в том числе при приме-
нении сепаратора с иной, более компактной формой
(рис. 2 – СКС типа IBDN 10GX компании Belden-CDT).

Сепаратор четырёхкамерных конструкций может

быть выполнен по разрезной схеме из механически
независимых элементов, что также улучшает гиб-
кость кабеля и несколько уменьшает трудоёмкость
его монтажа. В данном случае разработчик восполь-
зовался известным свойством структур вида «шесть
вокруг одного», расположил одну пару по оси сер-
дечника, а остальные разместил вокруг неё.

Для доведения количества элементов первого

и единственного «повива» формируемой структу-
ры до шести сердечник дополнен тремя филлерами
стержневого типа.

Они физически отделяют пары друг от друга и

позволяют получить механически стабильную кон-
струкцию (рис. 3). Кабель рассматриваемой разно-
видности с запасом отвечает по своим параметрам
требованиям категории 6а и применяется в СКС
типа Z-Max компании Siemon.

СПЕЦИАЛЬНАЯ ФОРМА ИНДИВИДУАЛЬНЫХ

ЭКРАНОВ

Как известно, согласно стандарту ISO/IEC 11801

экраны горизонтальных кабелей делятся на группо-
вые и индивидуальные для каждой пары. При этом
последние в реальных конструкциях применяются

исключительно в плёночном исполнении. Плёноч-
ный экран изготавливается из тонкой полимерной
ленты с односторонней металлизацией.

Основная масса экранированных горизонталь-

ных кабелей имеет общий плёночный экран, кото-
рый эффективно защищает отдельные витые пары
кабеля от ВЧ-наводок внешнего происхождения.
Главным средством борьбы с внутрикабельными пе-
реходными помехами считается уменьшение шага
скрутки. Использование для этой цели индивидуаль-
ных экранов возможно технически, их применение
в явном виде разрешено стандартами, на рынке до-
ступны серийные образцы такой продукции. Однако
такая конструкция вполне может рассматриваться
как нерациональная из-за чрезмерно высокой эф-
фективности элементов экранирования (фактически
двойное экранирование). В свою очередь кабель с
общим пленочным экраном при всех его технологи-
ческих достоинствах обладает неудовлетворитель-
ными массогабаритными показателями.

В процессе выполнения работы по устранению

указанного недостатка в самом начале 2000-х годов
компанией Draka был предложен экран S-типа, кото-
рый удачно объединяет в себе сильные стороны ин-
дивидуального и группового вариантов экрана.

Плёнка для его изготовления имеет увеличен-

ную ширину, а её концы завёрнуты в противополож-
ные стороны, что позволяет сформировать две каме-
ры для укладки в каждую из них по одной витой паре
(рис. 4). За счёт исключения экрана из состава по-
ясных покрытий, а также более плотной укладки от-
дельных пар в сердечнике в сочетании с возможно-
стью некоторого увеличения шага скрутки без по-
терь по величинам NEXT и PS-NEXT диаметр изделия

Рис. 2. Кабель категории 6а типа 10GX компании

Belden-CDT

Рис. 3. Кабель категории 6а СКС

типа Z-Max компании Siemon

Page 6

«КАБЕЛЬ-news», № 5, 2011, www.kabel-news.ru

Актуально

ÊÀÁÅËÈ ÑÂßÇÈ

уменьшен примерно на 10–15%. В настоящее время
данный вариант кабеля на правах ОЕМ-продукта яв-
ляется штатным линейным компонентом СКС катего-
рии 6 английской компании Hellermann Tyton.

ОТКАЗ ОТ СОБЛЮДЕНИЯ НЕКОТОРЫХ

ТРЕБОВАНИЙ БАЗОВЫХ СТАНДАРТОВ

При построении СКС автор проекта на самом пер-

вом этапе решает проблему выбора среды переда-
чи. В СКС офисного типа в силу целого ряда причин
доминирующее положение занимают симметричные
кабели. В СКС для ЦОД, нормативная база которых
фактически скопирована с их офисного прототипа,
картина совершенно аналогична. Однако кабельные
системы данного назначения имеют значимую осо-
бенность в виде заметно меньшей средней протя-
жённости стационарной линии (менее 30 м против
примерно 40 м у прототипа).

Факт значимо меньшей средней протяжённости

горизонтальных линий позволяет выполнить систем-
ную подстройку конструкции основного кабеля под
конкретную область применения и получить суще-
ственный общий выигрыш.

Сигнал на выходе кабеля должен иметь опреде-

лённую защищённость от помехи, что формализу-
ется требованиями соблюдения норм по параметру

ACR

в различных вариантах его определения. В про-

стейшем случае межпарной переходной помехи на
ближнем конце

ACR = NEXT – IL

, где

NEXT

– пере-

ходное затухание,

IL =



– рабочее затухание,



–

коэффициент затухания,

– протяжённость линии.

При ограничении

определённым заранее задан-

ным значением можно нарастить



без ухудшения

ACR

или такого снижения отношения сигнала к по-

Р ис. 4. Кабель категории 6 с экранированием

S-типа

мехе, при котором начинается ухудшение качества
передачи.

Если разработчик увеличивает активное сопро-

тивление провода, которое прямо связано с затуха-
нием, то это приводит к уменьшению диаметра про-
водника и общему снижению диаметра кабеля. По
такому пути пошли разработчики компаний Brand-
Rex и Berk-Tek.

Ухудшение работы телефона в данном случае

считается малосущественным по двум причинам.
Во-первых, тракт передачи на таком кабеле ограни-
чен по длине. Во-вторых, в ЦОД отсутствует сама
необходимость поддержки функционирования теле-
фонной сети предприятия.

С целью блокировки возможности ошибочного

или намеренного применения подобных кабелей в
обычных офисных СКС их поставка может произво-
диться в бухтах протяжённостью не более 70 м.

ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ ИЗОЛЯЦИИ

ПРОВОДОВ

Известно, что коэффициент затухания



и волно-

вое сопротивление

идеального симметричного ка-

беля полностью определяются его первичными па-
раметрами. Затухание может быть рассчитано сле-
дующим образом:

где

– активное сопротивление провода, а

– про-

водимость его изоляции. Одновременно для волно-
вого сопротивления симметричного кабеля справед-
ливо следующее известное соотношение, описыва-
ющее его зависимость от геометрических размеров
и конструкции отдельных проводов:

где

– постоянный коэффициент,

– расстояние

между осями проводников витой пары,

– радиус

проводника.

Из пары этих соотношений немедленно вытека-

ет, что при фиксированном

без увеличения или же

за счёт определённого наращивания коэффициен-
та затухания уменьшить

, т.е. достигнуть уменьше-

ния диаметра кабеля, можно только за счёт сниже-
ния проводимости изоляции

, которая полностью

или частично парирует рост

. Последнего можно

добиться за счёт снижения числа носителей заря-
дов в изоляции технологическими приёмами. Хоро-
шо известно применение для этой цели пористой и
плёнко-пористой изоляции. В середине первого де-
сятилетия нового столетия данная задача была ори-
гинально решена не изменением состава и вспени-
ванием материала, а структурированием той части
его поверхности, которая непосредственно контак-

Page 7

«КАБЕЛЬ-news», № 5, 2011, www.kabel-news.ru

Актуально

ÊÀÁÅËÈ ÑÂßÇÈ

Рис. 5. Структура провода кабеля

CopperTen

тирует с медью проводника. Идею этого приёма де-
монстрирует рис. 5. Практически он применяется в
горизонтальных кабелях СКС типа CopperTen ком-
пании TE-ADC-Krone (технология AirES).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Задача снижения внешнего диаметра горизон-

тальных кабелей СКС входит в перечень актуаль-
ных направлений развития этой разновидности
кабельной техники и может быть решена самыми
разнообразными способами.

2. Выбор одного из методов уменьшения внешне-

го диаметра или же их совокупности во многом
определяется технологическими возможностями
производящего предприятия.

3. Настоятельные требования практики в отноше-

нии уменьшения внешнего диаметра кабеля яв-
ляются мощным аргументом в пользу пересмотра
некоторых положений базовых стандартов СКС,
наиболее значимым из которых является обеспе-
чение 100-метровой протяжённости горизонталь-
ного тракта.

Смелков Г.И. Пожарная
безопасность
электропроводок. М.:
ООО «КАБЕЛЬ», 2009, 328 с.

ISBN 978-5-9901554-2-8

В книге рассмотрены теория и инженерная
практика определения пожарной опасности
и причастности к пожарам на объектах
в момент различного рода аварийных
режимов.

Книга рассчитана на инженерно-
технических работников, занимающихся
проектированием, монтажом и
эксплуатацией электропроводок.

Пожарная

безопасность

электропроводок

Для приобретения книги обращайтесь в издательство по
телефону: +7 (495) 645-12-21.
E-mail: info@kabel-news.ru
Адрес: 111123, г. Москва, Электродный проезд, д. 6, оф. 14

Стоимость издания — 500 рублей (с НДС).

Оригинал статьи: Проблема диаметра горизонтальных симметричных кабелей СКС и способы её решения

Читать онлайн

В современных общественных и жилых зданиях организуется достаточно большое количество информационных проводных сетей самого разнообразного назначения. Наиболее известными техническими объектами такого рода являются локальная вычислительная сеть и сеть телефонной связи. Кроме того, в их перечень следует добавить также сети пожарно-охранной сигнализации и видеонаблюдения, управляющего оборудования многочисленных инженерных систем и т.д.