UTP Cat5 містить 8 мідних провідників 24 AWG (або іноді 26 AWG) з ізоляцією, як правило, із полівінілхлориду (PVC) або подібного матеріалу.
Дані:
- Провідник: Мідний дріт 24 AWG.
- Діаметр: 0,5106 мм (0,0005106 м).
- Площа поперечного перерізу: A=π⋅(0,00051062)2≈2,04⋅10−7 м2A = \pi \cdot \left(\frac{0,0005106}{2}\right)^2 \approx 2,04 \cdot 10^{-7} \, \text{м}^2A=π⋅(20,0005106)2≈2,04⋅10−7м2
- Питомий опір міді (ρ\rhoρ): 1,68⋅10−8 Ω⋅м1,68 \cdot 10^{-8} \, \Omega \cdot \text{м}1,68⋅10−8Ω⋅м.
- Опір на 1 м: R=ρA=1,68⋅10−82,04⋅10−7≈0,0824 Ω/мR = \frac{\rho}{A} = \frac{1,68 \cdot 10^{-8}}{2,04 \cdot 10^{-7}} \approx 0,0824 \, \Omega/\text{м}R=Aρ=2,04⋅10−71,68⋅10−8≈0,0824Ω/м
- Щільність міді: 8920 кг/м38920 \, \text{кг/м}^38920кг/м3.
- Питома теплоємність міді: 385 Дж/(кг\cdotpК)385 \, \text{Дж/(кг·К)}385Дж/(кг\cdotpК).
- Питома теплота плавлення міді: 205000 Дж/кг205000 \, \text{Дж/кг}205000Дж/кг.
- Температура плавлення міді: ~1085°C.
- Ізоляція: PVC, максимальна температура ~105–150°C (залежить від специфікації кабелю).
- Умови: UTP Cat5 зазвичай використовується в пучку (4 пари), що погіршує тепловіддачу порівняно з одиночним дротом.
Сценарій 1: Руйнування ізоляції
У кабелі UTP Cat5 кожен провідник ізольований PVC, який руйнується при температурі ~105–150°C. Стандартні таблиці AWG для мідного дроту 24 AWG вказують максимальний струм:
- ~3,5 А для проводки в пучку (як у кабелі).
- ~5 А для одиночного проводу у вільному просторі.
Розрахуємо нагрівання за законом Джоуля-Ленца:
P=I2⋅RP = I^2 \cdot RP=I2⋅R
Припустимо струм I=7 АI = 7 \, \text{А}I=7А:
P=72⋅0,0824=49⋅0,0824≈4,04 Вт/мP = 7^2 \cdot 0,0824 = 49 \cdot 0,0824 \approx 4,04 \, \text{Вт/м}P=72⋅0,0824=49⋅0,0824≈4,04Вт/м
У кабелі UTP Cat5 провідники розташовані близько один до одного, що зменшує тепловіддачу. За таких умов температура ізоляції може досягти 105–150°C за кілька секунд (залежно від вентиляції). Наприклад, при 7 А ізоляція може згоріти за 5–10 секунд, а при 10 А — ще швидше (1–3 секунди).
Сценарій 2: Плавлення міді
Щоб мідний провідник розплавився, потрібно досягти температури 1085°C і подолати теплоту плавлення.
Маса дроту на 1 м:
m=ρмідь⋅A=8920⋅2,04⋅10−7≈0,00182 кгm = \rho_{\text{мідь}} \cdot A = 8920 \cdot 2,04 \cdot 10^{-7} \approx 0,00182 \, \text{кг}m=ρмідь⋅A=8920⋅2,04⋅10−7≈0,00182кг
Енергія для нагрівання від 25°C до 1085°C:
Q1=m⋅c⋅ΔT=0,00182⋅385⋅(1085−25)≈742 ДжQ_1 = m \cdot c \cdot \Delta T = 0,00182 \cdot 385 \cdot (1085 - 25) \approx 742 \, \text{Дж}Q1=m⋅c⋅ΔT=0,00182⋅385⋅(1085−25)≈742Дж
Енергія для плавлення:
Q2=m⋅L=0,00182⋅205000≈373 ДжQ_2 = m \cdot L = 0,00182 \cdot 205000 \approx 373 \, \text{Дж}Q2=m⋅L=0,00182⋅205000≈373Дж
Загальна енергія:
Q=Q1+Q2≈742+373=1115 ДжQ = Q_1 + Q_2 \approx 742 + 373 = 1115 \, \text{Дж}Q=Q1+Q2≈742+373=1115Дж
Щоб виділити 1115 Дж за 1 секунду:
P=I2⋅R=1115P = I^2 \cdot R = 1115P=I2⋅R=1115 I2⋅0,0824=1115 ⟹ I2≈13544 ⟹ I≈116 АI^2 \cdot 0,0824 = 1115 \implies I^2 \approx 13544 \implies I \approx 116 \, \text{А}I2⋅0,0824=1115⟹I2≈13544⟹I≈116А
Особливості UTP Cat5
- Пучкова конструкція: У кабелі 4 пари (8 провідників), що ускладнює тепловіддачу. Це знижує допустимий струм порівняно з одиночним дротом.
- Застосування: UTP Cat5 зазвичай не призначений для передачі значних струмів (використовується для даних або PoE — Power over Ethernet). Стандарт PoE (IEEE 802.3at) дозволяє струм до ~0,6 А на пару, що значно нижче межі.
- Ризик: При струмах вище 3,5–5 А на провідник ізоляція в UTP Cat5 може згоріти, а при 7–10 А — руйнування ізоляції неминуче через швидке нагрівання.
Висновок
- Руйнування ізоляції: У кабелі UTP Cat5 з мідними провідниками 24 AWG ізоляція (PVC) згорить при струмі 5–7 А за кілька секунд (наприклад, 5–10 с при 7 А або 1–3 с при 10 А).
- Плавлення міді: Для плавлення мідного провідника потрібен струм ~116 А.