Как изменяется сопротивление медной витой пары с ростом температуры? Слышал представления, что для передачи данных и питания PoE это критично и поэтому ставить нужно категорию 6А либо 7. Желаю осознать почему.
Сопротивление меди вправду изменяется с температурой, но поначалу необходимо обусловиться, имеется ли в виду удельное электрическое сопротивление проводников (омическое сопротивление), что принципиально для питания по Ethernet, использующего неизменный ток, либо же идет речь о сигналах в сетях передачи данных, тогда и мы говорим о вносимых потерях при распространении электромагнитной волны в среде витой пары и о зависимости затухания от температуры (и частоты, что более принципиально).
Удельное сопротивление меди
В интернациональной системе СИ удельное сопротивление проводников измеряется в Ом∙м. В сфере ИТ почаще применяется внесистемная размерность Ом∙мм 2 /м, более комфортная для расчетов, так как сечения проводников обычно указаны в мм 2 . Величина 1 Ом∙мм 2 /м в миллион раз меньше 1 Ом∙м и охарактеризовывает удельное сопротивление вещества, однородный проводник из которого длиной 1 м и с площадью поперечного сечения 1 мм 2 дает сопротивление в 1 Ом.
Удельное сопротивление незапятанной электротехнической меди при 20°С составляет 0,0172 Ом∙мм 2 /м. В разных источниках можно повстречать значения до 0,018 Ом∙мм 2 /м, что тоже может относиться к электротехнической меди. Значения варьируются зависимо от обработки, которой подвергнут материал. К примеру, отжиг после вытягивания («волочения») проволоки уменьшает удельное сопротивление меди на несколько процентов, хотя проводится он прежде всего ради конфигурации механических, а не электрических параметров.
Удельное сопротивление меди имеет конкретное значение для реализации приложений питания по Ethernet. Только часть начального неизменного тока, поданного в проводник, достигнет далекого конца проводника – определенные утраты по пути неминуемы. Так, к примеру, PoE Type 1 просит, дабы из 15,4 Вт, поданных источником, до запитываемого устройства на далеком конце дошло более 12,95 Вт.
Удельное сопротивление меди меняется с температурой, но для температур, соответствующих для сферы ИТ, эти конфигурации невелики. Изменение удельного сопротивления рассчитывается по формулам:
где ΔR – изменение удельного сопротивления, R – удельное сопротивление при температуре, принятой в качестве базисного уровня (обычно 20°С), ΔT – градиент температур, α – температурный коэффициент удельного сопротивления для данного материала (размерность °С -1 ). В спектре от 0°С до 100°С для меди принят температурный коэффициент 0,004 °С -1 . Рассчитаем удельное сопротивление меди при 60°С.
R60°С = R20°С · (1 + α · (60°С — 20°С)) = 0,0172 · (1 + 0,004 · 40) ≈ 0,02 Ом∙мм 2 /м
Удельное сопротивление при увеличении температуры на 40°С возросло на 16%. При эксплуатации кабельных систем, очевидно, витая пара не должна находиться при больших температурах, этого не следует допускать. При верно спроектированной и установленной системе температура кабелей не много отличается от обыденных 20°С, тогда и изменение удельного сопротивления будет невелико. По требованиям телекоммуникационных эталонов сопротивление медного проводника длиной 100 м в витой паре категорий 5e либо 6 не должно превосходить 9,38 Ом при 20°С. На практике производители с припасом вписываются в это значение, потому даже при температурах 25°С ÷ 30°С сопротивление медного проводника не превосходит этого значения.
Затухание сигнала в витой паре / Вносимые утраты
При распространении электромагнитной волны в среде медной витой пары часть ее энергии рассеивается по пути от близкого конца к далекому. Чем выше температура кабеля, тем посильнее затухает сигнал. На больших частотах затухание посильнее, чем на низких, и для более больших категорий допустимые пределы при тестировании вносимых утрат строже. При всем этом все предельные значения заданы для температуры 20°С. Если при 20°С начальный сигнал приходил на далекий конец сектора длиной 100 м с уровнем мощности P, то при завышенных температурах такая мощность сигнала будет наблюдаться на более маленьких расстояниях. Если нужно обеспечить на выходе из сектора ту же мощность сигнала, то или придется устанавливать более маленький кабель (что не всегда может быть), или выбирать марки кабелей с более низким затуханием.
Принято считать, что:
- Для экранированных кабелей при температурах выше 20°С изменение температуры на 1 градус приводит к изменению затухания на 0.2%
- Для всех типов кабелей и всех частот при температурах до 40°С изменение температуры на 1 градус приводит к изменению затухания на 0.4%
- Для всех типов кабелей и всех частот при температурах от 40°С до 60°С изменение температуры на 1 градус приводит к изменению затухания на 0.6%
- Для кабелей категории 3 может наблюдаться изменение затухания на уровне 1,5% на каждый градус Цельсия
Уже сначала 2000 гг. эталон TIA/EIA-568-B.2 рекомендовал уменьшать очень допустимую длину неизменной полосы/канала категории 6, если кабель устанавливался в критериях завышенных температур, и чем выше температура, тем короче должен быть сектор.
| 20°С | 90,0 | 0,0 |
| 25°С | 89,0 | 1,0 |
| 30°С | 87,0 | 3,0 |
| 35°С | 85,5 | 4,5 |
| 40°С | 84,0 | 6,0 |
| 50°С | 79,5 | 10,5 |
| 60°С | 75,0 | 15,0 |
Если учитывать, что потолок частот в категории 6А в два раза выше, чем в категории 6, температурные ограничения для таких систем будут еще жестче.
На сегодня при реализации приложений PoE идет речь о максимум 1-гигабитных скоростях. Когда же применяются 10-гигабитные приложения, питание по Ethernet не применяется, по последней мере, пока. Так что зависимо от ваших потребностей при изменении температуры для вас необходимо учесть или изменение удельного сопротивления меди, или изменение затухания. Разумнее всего и в том, и в другом случае обеспечить кабелям нахождение при температурах, близких к 20°С.
Екатерина Оганесян
Директор учебного центра ICS, создатель и педагог курсов по структурированным кабельным системам учебного центра "Спец" при МГТУ им. Баумана, кандидат наук, доцент РХТУ им. Д.И. Менделеева
Зависимость сопротивления от температуры
Узнайте, как сопротивление находится в зависимости от температуры: сопоставление зависимости сопротивления материалов и удельного сопротивления от температуры, полупроводник.
Сопротивление и удельное сопротивление основываются на температуре, при этом это несет линейный нрав.
Задачка обучения
- Сравните температурную зависимость удельного и обыденного сопротивления при огромных и малых колебаниях.
Главные пункты
- При перемене температуры на 100°C удельное сопротивление (ρ) меняется с ΔT как: p = p0 (1 + αΔT), где ρ0 – начальное удельное сопротивление, а α – температурный коэффициент удельного сопротивления.
- При суровых конфигурациях температуры приметно нелинейное изменение удельного сопротивления.
- Сопротивление объекта выступает прямо пропорциональным удельному, потому показывает такую же температурную зависимость.
Определения
- Полупроводник – вещество с электрическими качествами, которые характеризируют его как неплохого проводника либо изолятора.
- Температурный коэффициент удельного сопротивления – эмпирическая величина (α), описывающая изменение сопротивления либо удельного сопротивления с температурным показателем.
- Удельное сопротивление – степень, с которой материал сопротивляется электрическому сгустку.
Сопротивление материалов основывается на температуре, потому выходит проследить зависимость удельного сопротивления от температуры. Некоторые в состоянии стать сверхпроводниками (нулевое сопротивление) при очень низких температурах, а другие – при больших. Скорость вибрации атомов увеличивается на огромных дистанциях, потому перемещающиеся через металл электроны почаще сталкиваются и увеличивают сопротивление. Удельное сопротивление изменяется с конфигурацией температуры ΔT:
Сопротивление определенного эталона ртути добивается нуля при очень низком температурном показателе (4.2 К). Если показатель выше этой отметки, то наблюдается неожиданный скачек сопротивления, а дальше фактически линейный рост с температурой
p = p0 (1 + αΔT), где ρ0 – начальное удельное сопротивление, а α – температурный коэффициент удельного сопротивления. При суровых переменах температуры α способно изменяться, а для поиска p может быть будет нужно нелинейное уравнение. Вот поэтому время от времени оставляют суффикс температуры, при которой поменялось вещество (например, α15).
Необходимо отметить, что α положительно для металлов, а удельное сопротивление вырастает совместно с температурным показателем. Обычно температурный коэффициент составляет +3 × 10 -3 К -1 до +6 × 10 -3 К -1 для металлов с приблизительно комнатной температурой. Есть сплавы, которые разрабатывают специально, дабы понизить зависимость от температуры. К примеру, у манганина α приближено к нулю.
Не запамятовывайте также, что α выступает отрицательным для полупроводников, другими словами, их удельное сопротивление миниатюризируется с ростом температурной отметки. Это хорошие проводники при больших температурах, так как завышенное температурное смешивание наращивает количество свободных зарядов, доступных для транспортировки тока.
Сопротивление объекта также основывается на температуре, так как R0 размещается в прямой пропорциональности p. Мы знаем, что для цилиндра R = ρL/A. Если L и A сильно не меняются с температурой, то R обладает одинаковой температурной зависимостью с ρ. Выходит:
R = R0 (1 + αΔT), где R0 – начальное сопротивление, а R – сопротивление после конфигурации температуры T.
Давайте разглядим сопротивление датчика температуры. Очень многие указатели температуры работают по этой схеме. Более распространенный пример – термистор. Это полупроводниковый кристалл с сильной зависимостью от температуры. Устройство маленькое, потому стремительно перебегает в термический баланс с людской частью, к которой прикасается.
Указатели температуры основаны на автоматическом измерении температурного сопротивления термистора
