Что такое CCA и в чем ее опасность?
В подавляющем большинстве кабелей типа «витая пара», импортируемых в РФ из ЮВА, применяются алюминиевые проводники с напыленным слоем меди. Такая структура называется Copper Clad Aluminium (CCA). Эта экономия превращает данную кабельную продукцию в сомнительную и недолговечную поделку, которая зачастую не соответствует никаким стандартам и способна передать сигнал лишь на очень короткие расстояния (десятки метров) и при этом на пониженных скоростях.
Обычные покупатели игнорируют или же не понимают технических ограничений CCA-кабелей, все недостатки которых связаны именно со свойствами алюминия, который используют из-за его дешевизны по отношению к меди. Отметим сразу, что использование кабелей с CCA-проводниками напрямую запрещено такими органами стандартизации, как IEC и CENELEC. Кроме того, расположенная в Дании крупнейшая независимая лаборатория 3P Third Party Testing ApS, которая тестирует кабельную продукцию на соответствие отраслевым стандартам, строго рекомендует не использовать CCA-проводники в кабелях типа «витая пара». Применение CCA-проводников прямо противоречит спецификациям обоих стандартов Cat.5e и Cat.6, которые требуют использовать исключительно медные проводники в «витых парах».
В порядке исключения биметаллические кабели, в которых алюминий легируется иными материалами с применением специальных защитных покрытий, могут применяться в авиапромышленности, где выигрыш в весе до 30% по сравнению с медными кабелями может быть оправдан и даже полезен. В иных же отраслях применение биметаллических CCA-кабелей может быть объяснено лишь примитивным желанием поставщика (изготовителя) сэкономить там, где экономить не следует.
Само создание биметаллического CCA-проводника для «витой пары» было основано на использовании классического скин-эффекта: на частотах в десятки МГц происходит вытеснение электрического тока на поверхность проводника. Вот эту самую поверхность выполняют из тончайшего слоя меди (единицы микрон), а основная центральная часть проводника в целях экономии изготавливается из алюминия, то есть CCA — это по сути алюминий с напыленным на него слоем меди, или так называемая «омедненка».
Как мы видим, на частотах порядка 1000 МГц, используемых в современных высокоскоростных сетях доступа, разрешенная толщина медного слоя в проводнике составляет всего лишь 2 мкм, что исключительно мало. Такой чрезвычайно тонкий медный слой неизбежно разрушается при заделке проводников в разъем. Рассчитывать на то, что производитель из ЮВА будет многократно утолщать слой меди, тем самым резко увеличивая свои затраты, простому потребителю не приходится.
Процитируем статью, опубликованную в журнале «ИнформКурьер-Связь» №3–4 ‘2017, за авторством профессора МТУСИ Андрея Семенова, активного исследователя проблем структурированных кабельных сетей. Он пишет, что строительство в РФ магистральных линий связи на основе волоконной оптики в основном завершено, а вот создание той части сетей доступа, которая предоставляет услуги широкому кругу частных пользователей, все еще находится в активной фазе своего развития. Основным типом технологии, обслуживающей «последнюю милю», на данном этапе развития становится Fast Ethernet 100 Мбит/с, поскольку высокая пропускная способность оптических кабелей на подходах к абоненту в большинстве случаев оказывается невостребованной. Среднестатистический пользователь не в состоянии воспринимать всю ту информацию, которая поступает к нему со скоростью свыше 50 Мбит/с, и тем более он не способен наполнить обратный канал столь же скоростным потоком. Здесь же профессор МТУСИ констатирует, что кабели с CCA-проводниками могут удовлетворительно функционировать лишь на скоростях не более 100 Мбит/с и при протяженности тракта не больше 70 метров. Иными словами, CCA-кабели имеют серьезные технические ограничения и могут обслуживать лишь простые задачи на бытовом уровне. Применение CCA-кабелей в профессиональных сетях невозможно по ряду причин, о которых подробнее рассказывается ниже.
Другой важный вывод из процитированной статьи таков, что роль кабелей «витая пара» в целом для современного этапа развития сетей доступа в интернет возрастает, и при этом от качества применяемых кабелей будут зависеть напрямую параметры создаваемых сетей.
Поэтому, если вам повезло и из океана импортируемых в РФ из ЮВА CCA-кабелей типа «витая пара» все же удалось выудить продукт с чисто медными проводниками, то необходимо внимательно проконтролировать даже такие параметры, как диаметры проводников в «витых парах», так как от этих диаметров напрямую зависит дальность передачи сигнала.
Чем больше диаметр по отношению к стандартной величине 0,51 мм (например, 0,57 мм или, что еще лучше, — 0,64 мм), тем больше рабочая дальность при передаче цифровых потоков. Изготовители из ЮВА примитивным образом экономят на использовании дорогостоящей меди. Например, многие поставщики применяют медные проводники диаметром 0,40–0,45 мм, что приводит к рассогласованию линии по волновому сопротивлению, стандартное значение которого должно быть 100 Ом при диаметре медных проводников 0,51 мм. Несоответствие волнового сопротивления величине 100 Ом ведет к значительным потерям сигнала в сетях передачи данных, а снижение диаметра проводника до 0,40 мм существенно ограничивает дальность передачи сигнала и создает непреодолимые трудности в осуществлении дистанционного питания Power over Ethernet (PoE), особенно на повышенных мощностях.
Какие серьезные проблемы существуют у CCA-кабелей?
1. Риск возникновения коррозии из-за разрушения тонкого слоя меди при заделке «витой пары» в разъем
Важно понимать, что при установке стандартных разъемов типа RJ-45 на такие «алюминиевые» CCA-проводники в контактных группах в условиях влажной среды, например при подключении наружной IP-камеры, Wi-Fi-роутера в чердачном помещении и т. д., в разъеме будет развиваться коррозия, которая рано или поздно приведет к потере сигнала.
Действительно, при заделке витых пар CCA в разъем RJ-45 происходит повреждение внешнего медного слоя контактными ножами и установление гальванического контакта с алюминиевой сердцевиной проводника.
Алюминиевые проводники очень быстро окисляются, и в месте данного гальванического контакта образуется дополнительный резистивный участок, который ухудшает общее электрическое сопротивление CCA-проводника по постоянному току, которое и так слишком высоко по отношению к чисто медным проводникам. Все это очень усложняет и даже делает невозможным передачу по CCA-проводникам как сигнала в целом, так и дистанционного питания PoE.
Что касается чисто медных кабелей, то даже если какой-то участок медного проводника окислился по той или иной причине, он все равно останется электропроводящим, в отличие от аналогичной ситуации в CCA-проводниках.
Еще раз повторим, что развивающаяся в разъеме гальваническая коррозия является серьезной потенциальной проблемой, если применяются CCA-проводники. Риск развития коррозии особенно высок в условиях влажных сред.
2. Проблемы передачи дистанционного питания PoE через «витую пару», имеющую структуру проводников CCA
Следует помнить о том, что развитие дистанционного питания в структурированных кабельных сетях идет непрерывно, и в этой области уже просматривается несколько этапов (поколений) оборудования и соответствующих ему стандартов.
В последние годы мощности дистанционно запитываемых активных устройств непрерывно нарастают и само применение технологии PoE становится все более глобальным, поэтому структура проводников «витой пары» является важнейшим фактором для понимания того, возможно дистанционное питание в принципе или нет.
Для осуществления дистанционного питания в соответствии с новейшими требованиями (стандартами) PoE требуется максимально низкое сопротивление по постоянному току. В случае биметаллической структуры CCA достаточно большой постоянный ток будет протекать по всему сечению и главным образом по центральной алюминиевой жиле, которая имеет гораздо большее сопротивление, чем аналогичный по диаметру полностью медный проводник. Это приводит к большим потерям мощности в алюминиевых проводниках и к сильному нагреву CCA-кабелей, особенно в случае использования кабельных жгутов. Как следствие, из-за применения повышенных мощностей PoE++ возможно расплавление изоляции проводников витой пары и полный выход из строя как кабеля, так и подключенного активного устройства.
Уважаемые потребители, обратите внимание на то, что вам предлагают во многих розничных торговых точках в качестве так называемого акустического кабеля. С виду это медный провод соответствующего сечения, но взгляните на терминальный (концевой) срез этого продукта из ЮВА, и вы увидите, как внутри поблескивает алюминий, то есть под видом медного акустического кабеля вам продают все тот же дешевый CCA-сэндвич. Не попадайтесь на эту уловку! Акустические кабели, изготовленные по технологии CCA, будучи подключенными к вашей аудиоаппаратуре, создадут реальные технические сложности для выходных каскадов усилителей, и звучать ваша дорогостоящая техника будет более чем скромно.
Алюминиевые проводники, имеющие структуру CCA, не выдерживают многократных изгибов и ломаются при небольших радиусах изгиба. При заделке в стандартный RJ-45 разъем CCA-проводник обжимается плохо и не может обеспечить надежного контакта, то есть у потребителя сразу возникает риск появления «плавающего» (исчезающего) контакта уже в ближайшем будущем.
Следует помнить, что медный проводник существенно прочнее, чем CCA, то есть чисто медные кабели просто по определению надежнее. Медь также обладает большим коэффициентом удлинения и выдерживает в среднем в 6 раз больше перегибов, чем алюминий, а это всегда важно в практическом монтаже. Те, кто хоть раз обжимал (фиксировал) алюминиевые и медные провода в электротехнических устройствах, например в электрощитке, отлично помнят ту разницу, которую обеспечивают чисто медные проводники по отношению к алюминиевым: медный провод можно многократно и без потери качества соединения зажимать-обжимать в электроразъемах, в то время как алюминию можно довериться, как правило, лишь один раз.
CCA-проводник имеет существенно меньшую прочность на разрыв, чем медный, поэтому во время протягивания в CCA-кабеле могут быть повреждены не только отдельные проводники, но и весь кабель в целом. Следует также помнить, что CCA-проводники в «витых парах» имеют существенно худшие допуски по радиусу изгиба, чем медные проводники.
Проблемы от применения алюминия в экранирующей оплетке коаксиальных ТВ-кабелей
Многочисленные жуликоватые трейдеры пытаются всеми доступными способами подсунуть доверчивому потребителю импортируемые из ЮВА красиво оформленные кабели с алюминиевой оплеткой, притягивая внимание покупателя сниженной ценой.
Ни один из производителей алюминиевых кабелей никогда не афиширует тот факт, что низкая цена достигнута ими в том числе за счет примитивной замены материала 2-го экрана (оплетки) на алюминий (вместо луженой меди, как, например, у профессиональных кабелей европейского/итальянского происхождения).
Внешняя алюминиевая оплетка (она же и внешний проводник) должна находиться в постоянном гальваническом контакте со стандартным телевизионным F-коннектором, типовой материал которого — никелированная латунь, то есть медьсодержащая субстанция.
В условиях перманентного присутствия влажности — как внутри, так и вне помещений — протекающие по алюминиевой оплетке токи создают классический «эффект гальванопары» и электроконтакт с разъемом постепенно разрушается. Через определенное время монтажник, посланный устранить неисправность, скручивает F-разъем и не находит под ним ничего, кроме трухи и белого порошка продуктов окисления.
Еще раз повторим, что продукты окисления меди, которая сама по себе весьма стойка к воздействию влаги, остаются с течением лет проводящими, в то время как гальваническое окисление алюминия создает непроводящие (резистивные) участки, которые разогреваются протекающими токами, тем самым ускоряя развитие коррозии и дополнительно усугубляя появившиеся проблемы в электроконтакте.
Даже в научных работах инженеров американской компании CommScope, чье производство ныне перенесено в Китай, проблема гальванического окисления алюминиевой оплетки воспринимается очень серьезно и предлагаются дорогостоящие методы коррозионной защиты этой оплетки.
Таким образом, электрическая проводимость контактных соединений, в которых участвует алюминиевая оплетка, постепенно падает, и особенно негативно это отражается на низких частотах передачи, до 50 МГц, например на upstream-частотах обратного канала в таких технологиях передачи, как DOCSIS, поскольку относительно низкочастотным токам труднее преодолевать вышеупомянутые резистивно-емкостные участки.
По этой причине применение кабелей с алюминиевой оплеткой, а также CCA-кабелей, категорически противопоказано в аудио/видеосистемах, в сетях передачи данных (технологии DOCSIS и пр.), во всех наружных антенно-кабельных сетях, где по кабельному проводнику одновременно передается и электропитание, а также в системах видеонаблюдения, где искажение импульсов строчной синхронизации является типовой проблемой алюминиевых кабелей, в которых относительно низкочастотные композитные видеосигналы значительно затухают из-за низкой проводимости алюминия.
Алюминий обеспечивает лишь 61% проводимости по сравнению с медью, при этом его стоимость составляет приблизительно 30% от стоимости меди. Вот такая экономия на материалах со стороны большинства производителей сомнительного ширпотреба.
Внешний проводник (экранирующая оплетка) полновесно участвует в передаче ВЧ-токов, при этом, когда расстояния передачи значительны, худшая (по отношению к меди) проводимость алюминия играет отрицательную роль. А именно — невозможно избежать такого негативного эффекта, как общее снижение экранирующей способности кабеля в целом, что особенно критично в эпоху полной цифровизации всех сигналов связи. Если требуется достичь такого же экранирования, как у чисто медных кабелей, то компенсировать разницу приходится увеличением оптической плотности алюминиевой оплетки.
Такой параметр, как коэффициент экранирования кабеля, является важнейшим в нынешние времена, когда интенсивность электромагнитной загруженности эфира постоянно увеличивается, когда число всевозможных сотовых станций и зон их покрытия непрерывно нарастает. Запуск новых сотовых мощностей в стандарте LTE сделал ситуацию еще более драматичной, а на подходе уже новые передатчики 5G с увеличенными мощностями.
Дополнительное предостережение: существуют коаксиальные ТВ-кабели и «витая пара» с применением технологии CCS
Приобретая коаксиальные кабели для передачи телевизионного сигнала либо кабели «витая пара» для передачи данных и доступа в интернет, потребитель может столкнуться с применением в этих импортируемых из ЮВА кабелях и технологии Copper Clad Steel (CCS), то есть когда совсем уж дешевые стальные проводники покрываются тончайшим слоем меди и при этом задействован все тот же физический скин-эффект. Технология CCS часто применяется в ТВ-кабелях для изготовления центрального проводника, но ее можно встретить и в кабелях «витая пара». Подобных «приобретений» следует по возможности избегать полностью.
Негативные факторы применения такой подмены примерно те же, что и в случае CCA-кабелей:
- коррозия в контактных соединениях при установке разъемов;
- чрезмерная жесткость стального проводника;
- ненадежный («плавающий») контакт в разъеме;
- передача сигнала на меньшее расстояние, чем даже в случае с CCA;
- полная невозможность передачи дистанционного питания PoE.
Как на практике определить, что перед вами кабели с использованием технологии CCA, кабели с использованием технологии CCS или чисто медные кабели? Идентифицировать CCA- и CCS-кабели, импортированные из ЮВА, достаточно просто. Рекомендуем использовать обычный нож, но полным набором инструментов было бы наличие лупы, магнита и острого ножа.
Проводники CCA мягче чисто медных, они легко перерезаются ножом или переламываются после нескольких перегибов, на изломе имеют серебристо-белый цвет. Нож снимает с боковой поверхности стружку, обнажающую белый алюминий, который тоже срезается. Магнитом не притягиваются.
Проводники CCS жесткие, ножом перерезаются с усилием, обладают некоторой упругостью. На срезе или изломе металл светло-серый. Нож снимает с боковой поверхности только тонкий слой меди, не срезая стальной сердечник. Притягиваются магнитом.
Чисто медный проводник достаточно мягкий, но все же более жесткий, чем алюминиевый. Выдерживает десяток и больше перегибов, прежде чем сломается. Нож снимает стружку, легко перерезает, на срезе — равномерный медно-розовый цвет. Магнитом не притягивается.
Заключение
Потребителю следует помнить, что при использовании CCA-проводников вместо чисто медных никакой значительной экономии нет, зато есть немалое количество скрытых проблем, которые себя проявят уже в ближайшем будущем после установки «витых пар» на основе CCA-проводников. Реальной экономии, и немаленькой, добиваются только те, кто в больших количествах импортирует в нашу страну эти «витые пары», содержащие CCA-проводники.
Полностью медные телевизионные коаксиальные кабели, а также полностью медные кабели типа «витая пара» следует рассматривать как действительно профессиональные — готовые к работе в любых условиях, в том числе во влажной среде и вне помещений.
Кабели же с алюминиевой оплеткой и с проводниками, в которых применена технология CCA (а иногда даже CCS), следует рассматривать как временные и не предназначенные для профессионального применения.
Такие кабели, где используется алюминиевая оплетка и технологии CCA/CCS, необходимо ограничивать в применении лишь для весьма простых (временных) задач, для абсолютно сухих внутренних помещений, на достаточно коротких дистанциях и низких скоростях передачи, помня о том, что организовать по этим CCA/CCS-кабелям питание на активные устройства не удастся.
