Jaký je odpor mědi?
Jak se mění odpor krouceného měděného páru s rostoucí teplotou? Slyšel jsem názory, že pro přenos dat a napájení PoE je to kritické, a proto je nutné to nastavit na kategorii 6A nebo 7. Chci pochopit proč.
Odpor mědi se sice mění s teplotou, ale nejprve se musíme rozhodnout, zda mluvíme o elektrickém odporu vodičů (ohmický odpor), který je důležitý pro stejnosměrné napájení přes Ethernet, nebo zda mluvíme o signálech v datových sítích a pak mluvíme o vložných úbytcích při šíření elektromagnetické vlny v kroucené dvoulinkě a o závislosti útlumu na teplotě (a frekvenci, která je neméně důležitá).
Měděný odpor
V mezinárodní soustavě SI se měrný odpor vodičů měří v Ohm∙m. V oblasti IT se častěji používá nesystémový rozměr Ohm∙mm 2 /m, který je pro výpočty výhodnější, protože průřezy vodičů se obvykle udávají v mm 2. Hodnota 1 Ohm∙mm 2 /m je milionkrát menší než 1 Ohm∙m a charakterizuje měrný odpor látky, jejíž homogenní vodič o délce 1 m s plochou průřezu 1 mm 2 dává odpor 1 Ohm.
Odpor čisté elektrické mědi při 20°C je 0,0172 Ohm∙mm2/m. V různých zdrojích se můžete setkat s hodnotami až 0,018 Ohm∙mm 2 /m, což může platit i pro elektrickou měď. Hodnoty se liší v závislosti na zpracování, kterému je materiál podroben. Například žíhání po tažení („tažení“) drátu snižuje měrný odpor mědi o několik procent, i když se primárně provádí za účelem změny spíše mechanických než elektrických vlastností.
Měděný odpor má přímé důsledky pro aplikace Power over Ethernet. Pouze část původního stejnosměrného proudu vstřikovaného do vodiče dosáhne vzdáleného konce vodiče – určitá ztráta na cestě je nevyhnutelná. tak např. PoE typ 1 vyžaduje, aby z 15,4 W dodávaného zdrojem dosáhlo alespoň 12,95 W napájeného zařízení na vzdáleném konci.
Odpor mědi se mění s teplotou, ale pro teploty IT jsou změny malé. Změna odporu se vypočítá pomocí vzorců:
kde ΔR je změna měrného odporu, R je měrný odpor při teplotě brané jako základní úroveň (obvykle 20 °C), ΔT je teplotní gradient, α je teplotní koeficient měrného odporu pro daný materiál (rozměr °C -1 ). V rozsahu od 0°C do 100°C je pro měď akceptován teplotní koeficient 0,004 °C -1. Vypočítejme měrný odpor mědi při 60°C.
R60 ° C = R20 ° C · (1 + α · (60°С – 20°С)) = 0,0172 · (1 + 0,004 · 40) ≈ 0,02 Ohm∙mm2/m
Odpor se zvýšil o 40 % se zvýšením teploty o 16 °C. Při provozu kabelových systémů by kroucená dvoulinka samozřejmě neměla být vystavena vysokým teplotám; Při správně navrženém a nainstalovaném systému se teplota kabelů jen málo liší od obvyklých 20 °C a pak bude změna odporu malá. Podle telekomunikačních norem by odpor 100 m měděného vodiče v kroucených dvoulinkách kategorie 5e nebo 6 neměl překročit 9,38 ohmů při 20 °C. V praxi se výrobci do této hodnoty vejdou s rezervou, takže ani při teplotách 25°C ÷ 30°C odpor měděného vodiče tuto hodnotu nepřekračuje.
Twisted Pair útlum signálu / ztráta vložení
Když se elektromagnetická vlna šíří měděným krouceným párovým kabelem, část její energie se rozptýlí podél cesty od blízkého konce ke vzdálenému konci. Čím vyšší je teplota kabelu, tím více se signál zeslabuje. Při vysokých frekvencích je útlum větší než při nízkých frekvencích a pro vyšší kategorie jsou přijatelné limity pro testování vložného útlumu přísnější. V tomto případě jsou všechny mezní hodnoty nastaveny na teplotu 20°C. Pokud při 20 °C původní signál dorazil na vzdálený konec 100 m úseku s úrovní výkonu P, pak při zvýšených teplotách bude takový výkon signálu pozorován na kratší vzdálenosti. Pokud je potřeba zajistit stejný výkon signálu na výstupu segmentu, pak budete muset buď instalovat kratší kabel (což není vždy možné), nebo zvolit značky kabelů s nižším útlumem.
Obecně se uznává, že:
- U stíněných kabelů při teplotách nad 20 °C vede změna teploty o 1 stupeň ke změně útlumu o 0.2 %.
- U všech typů kabelů a jakýchkoli frekvencí při teplotách do 40°C vede změna teploty o 1 stupeň ke změně útlumu o 0.4 %.
- U všech typů kabelů a jakýchkoli frekvencí při teplotách od 40 °C do 60 °C vede změna teploty o 1 stupeň ke změně útlumu o 0.6 %.
- U kabelů kategorie 3 může dojít ke změně útlumu o 1,5 % na stupeň Celsia
Již na začátku roku 2000. Norma TIA/EIA-568-B.2 doporučovala snížit maximální přípustnou délku trvalého spojení/kanálu kategorie 6, pokud byl kabel instalován v prostředí se zvýšenou teplotou, a čím vyšší je teplota, tím kratší by měl být segment.
| teplota | Maximální povolená délka stálá linka, m | Snížit délka, m |
|---|---|---|
| 20 ° C | 90,0 | 0,0 |
| 25 ° C | 89,0 | 1,0 |
| 30 ° C | 87,0 | 3,0 |
| 35 ° C | 85,5 | 4,5 |
| 40 ° C | 84,0 | 6,0 |
| 50 ° C | 79,5 | 10,5 |
| 60 ° C | 75,0 | 15,0 |
Vzhledem k tomu, že frekvenční strop v kategorii 6A je dvakrát vyšší než v kategorii 6, budou teplotní omezení pro takové systémy ještě přísnější.
Dnes při zavádění aplikací PoE Bavíme se o maximálně 1-gigabitových rychlostech. Při použití 10gigabitových aplikací však Power over Ethernet nepřichází v úvahu, alespoň zatím. Takže v závislosti na vašich potřebách, když se změní teplota, musíte zvážit buď změnu odporu mědi, nebo změnu útlumu. V obou případech má největší smysl zajistit, aby byly kabely udržovány při teplotách blízkých 20 °C.
Autor odpovědi:
Jekatěrina Oganesjanová
Ředitel školicího střediska ICS, autor a učitel kurzů strukturovaných kabelážních systémů v Baumanově centru pro počítačové školení „Specialista“, kandidát věd, docent Ruské univerzity chemicko-technologické pojmenované po. DI. Mendělejev
Pojem „odpor“ se vztahuje k parametru, který má měď nebo jakýkoli jiný kov, a lze jej poměrně často nalézt ve specializované literatuře. Stojí za to pochopit, co se tím myslí.
Jeden z typů měděných kabelů
Obecné informace o elektrickém odporu
Nejprve bychom měli zvážit koncept elektrického odporu. Jak je známo, vlivem elektrického proudu na vodič (a měď je jedním z nejlepších vodivých kovů) některé elektrony v něm opustí své místo v krystalové mřížce a spěchají ke kladnému pólu vodiče. Ne všechny elektrony však krystalovou mřížku opustí, část z nich v ní zůstane a dále rotuje kolem atomového jádra. Právě tyto elektrony, stejně jako atomy umístěné v uzlech krystalové mřížky, vytvářejí elektrický odpor, který brání pohybu uvolněných částic.
Tento proces, který jsme stručně nastínili, je typický pro jakýkoli kov, včetně mědi. Přirozeně různé kovy, z nichž každý má zvláštní tvar a velikost krystalové mřížky, odolávají průchodu elektrického proudu různými způsoby. Jsou to přesně tyto rozdíly, které charakterizují měrný odpor – indikátor individuální pro každý kov.
Elektrický odpor některých látek
Aplikace mědi v elektrických a elektronických systémech
Abychom pochopili důvod popularity mědi jako materiálu pro výrobu prvků elektrických a elektronických systémů, stačí se podívat na hodnotu jejího odporu v tabulce. U mědi je tento parametr 0,0175 Ohm*mm2/metr. V tomto ohledu je měď na druhém místě za stříbrem.
Právě nízký měrný odpor, měřený při teplotě 20 stupňů Celsia, je hlavním důvodem, proč se dnes bez mědi neobejde téměř žádné elektronické a elektrické zařízení. Měď je hlavním materiálem pro výrobu vodičů a kabelů, desek plošných spojů, elektromotorů a částí výkonových transformátorů.
Nízký odpor, kterým se měď vyznačuje, umožňuje její použití pro výrobu elektrických zařízení vyznačujících se vysokou energetickou úsporností. Kromě toho se teplota měděných vodičů zvyšuje jen velmi málo, když jimi prochází elektrický proud.
Závislost odporu mědi na teplotě
Co ovlivňuje hodnotu odporu?
Je důležité vědět, že existuje závislost hodnoty měrného odporu na chemické čistotě kovu. Když měď obsahuje byť jen malé množství hliníku (0,02 %), může se hodnota tohoto parametru výrazně zvýšit (až o 10 %).
Tento koeficient je také ovlivněn teplotou vodiče. To je vysvětleno skutečností, že se zvyšující se teplotou se zesilují vibrace atomů kovu v uzlech jeho krystalové mřížky, což vede ke zvýšení koeficientu odporu.
Proto je ve všech referenčních tabulkách uvedena hodnota tohoto parametru s přihlédnutím k teplotě 20 stupňů.
Jak vypočítat celkový odpor vodiče?
Vědět, co je to rezistivita, je důležité pro provedení předběžných výpočtů parametrů elektrického zařízení při jeho návrhu. V takových případech se zjišťuje celkový odpor vodičů navrženého zařízení, které mají určitou velikost a tvar. Když se podíváte na hodnotu měrného odporu vodiče pomocí referenční tabulky, určíte jeho rozměry a plochu průřezu, můžete vypočítat hodnotu jeho celkového odporu pomocí vzorce:
Tento vzorec používá následující zápis:
- R je celkový odpor vodiče, který musí být stanoven;
- p je měrný odpor kovu, ze kterého je vodič vyroben (určeno z tabulky);
- l je délka vodiče;
- S je jeho průřezová plocha.
Vliv nečistot na měrný odpor mědi