Провода от ASICTRADE

Выбор кабеля для PCI-E

В интернете полно информации на тему DIY (сделай сам) производства кабелей для модульных блоков питания, где большое внимание уделяется контактным группам в разъемах и внешнему виду. Все это, конечно, правильно, но, почему-то авторы почти всегда обходят стороной материал и качество исходного провода. А ведь это важные параметры, игнорирование которых может привести к серьезным неприятностям. Вот простой пример.

Для компьютера, с энергопотреблением 500-750 Вт, провода с картинки возможно и хватит. Но, в случае с питанием установки большей мощности, такой как майнинг ферма на 6-8 видеокарт, он быстро выгорит.

Поэтому вдвойне удивительно, что рекомендации по энергообеспечению фермы тоже оставляют без внимания периферийный кабель (PCI-E), делая акцент на сетевом. Ведь, мощность потребления и отдачи у блока питания, класса голд и платинум, почти одинаковая. При этом на выходе постоянный ток 12В, который, при сопоставимой мощности, нагружает провода сильнее. Следовательно, к периферийному кабелю нужно предъявлять повышенные требования. Но эта тема упорно игнорируется. Давайте разберемся почему так происходит. А заодно выясним на что нужно обращать внимание при выборе PCI-E кабеля.

Рассчитываем нагрузку

Сначала закроем вопрос с входной и выходной мощность блока питания. Для примера возьмем средний блок питания номиналом 1400 Вт/ч. Согласно характеристикам его КПД равен 94,3%. Путем не сложных математических вычислений получаем 1476 Вт потребляемой мощности на входе. Даже если учесть все погрешности и округления, разница не превысит 100 Вт.

А теперь разберемся с нагрузкой на провода. Если во время преобразования тока, мощность не меняется, но существенно падает напряжение, значит возрастает другая величина – сила тока, которую можно вычислить по формуле расчета мощности постоянного тока.

Для нашего блока питания получается примерно 117 А, тогда как среднее значение входного переменного тока не превышает 9 А. То есть разница почти в 15 раз. Учитывая, что сила тока – это количество заряда, проходящее через единицу площади провода за единицу времени, получаем значительное увеличение нагрузки.

Следовательно, периферийный провод, по которому идет постоянный ток от блока питания должен быть толще или обладать большей электропроводностью чем сетевой, чтобы эту нагрузку выдержать.

Кроме силы тока есть еще много других характеристик, которые влияют на необходимую толщину провода. Но для выбора периферийного кабеля сила постоянного тока имеет ключевое значение.

Блок теории

Но ведь провод не выполняет никакой работы, через него просто проходит электричество. И если ток не обладает физическими размерами, тогда откуда нагрузка? Чтобы ответить на этот вопрос нужно немного углубиться в теорию.

Применительно к проводам, параметры рассчитываются по двум противоположным характеристикам:

• электропроводность – способность атома металла к передаче заряда под действием электрического поля. Чем выше этот показатель, тем меньше материала нужно для прохождения через него тока одинаковой силы. Для провода используют показатель удельной электропроводности, то есть передача единицы заряда через определенную площадь проводника за отрезок времени.
• удельное сопротивление – величина, с которой провод определенной длины препятствует прохождению через него электричества. Соответственно, чем удельное сопротивление больше, тем меньше через проводник может пройти тока за единицу времени. Величина напрямую зависит от температуры.

В работе эти показатели проявляются так:

Источник создает определенную интенсивность потока электронов (заряд), и пока удельной электропроводности провода хватает для передачи заряда, ток спокойно через него проходит. При этом электроны иногда будут сталкиваться с атомами металла, вызывая незначительное нагревание. Так проявляется удельное сопротивление. Но когда мощность потока электронов превышает удельную электропроводность, столкновений становится в разы больше, это вызывает избыточное колебание атомов и, как следствие, нагревание.

Чем больше удельное сопротивление, тем быстрее нагревается провод при превышении нагрузки.

На практике это означает, что проводник толщиной меньше необходимого не сможет провести весь заряд, и избыточная мощность уйдет на нагрев. То есть, потребитель не получит нужной энергии для полноценной работы, а провод постепенно перегреется вплоть до обрыва.

Почему в качестве проводника медь не хуже серебра и лучше алюминия?

Учитывая информацию из предыдущего блока на этот вопрос можно ответить коротко: потому что у меди электропроводность выше чем у алюминия, и примерно равна таковой у серебра. В теории так оно и есть. Но в реальных условиях все не так однозначно.

Электропроводность и удельное сопротивление проводников можно найти в справочниках.

В приведенной таблице отчетливо видно, что серебро является лучшим проводником из металлов, которые широко применяются в промышленности. При этом электропроводность меди не сильно уступает серебру. В то время как проводимость алюминия почти на 40% меньше, чем у меди.

Получается, что в качестве проводника лучше всего будет работать серебро, но учитывая его цену, массово делать из него провода, мягко говоря, неразумно. Поэтому, в промышленности используют алюминий и медь.

На практике 40% разницы в проводимости означает, что для подачи питания одинаковой мощности потребуется увеличить толщину провода минимум на те же 40%. А с учетом нагрева при перегрузках даже больше: в среднем алюминиевый провод берут на 60% толще, чем медный.

Более того, алюминий в чистом виде обладает низкой прочностью и малой температурой плавления, из-за чего провода из него получаются хрупкие и плохо выдерживают перегрузки. Поэтому с 60-х годов прошлого века для производства гибких проводников применяют сплавы алюминия. На сегодняшний день для этих целей используют их восьмитысячную серию (Al 8xxx). Эти сплавы приближаются к меди по прочности, но все еще заметно уступают по электропроводности и удельному сопротивлению. Оба показателя в сплавах не отличаются от чистого алюминия. На графике ниже это наглядно продемонстрировано.

Но у алюминия есть и преимущества перед медью. Он втрое дешевле и более чем в три раза легче. Что делает использование алюминия экономически целесообразным в энергетической отрасли. Однако, для обеспечения питанием электроники, медь остается золотым стандартом.

Что, впрочем, не мешает нечистым на руку производителям периферийных кабелей экономить, выдавая алюминиевые провода за медные или подтасовывать характеристики своей продукции. К этому вопросу еще вернемся.

Теория на практике

А что значат все эти графики и таблицы на практике? Давайте сравним стандартный алюминиевый и медный PCI-E кабель на реальном примере, где в качестве источника тока будет выступать уже упомянутый сетевой блок питания на 1,4 кВт. В разгоне 6 видеокарт Radeon 5700 загрузят его полностью, поэтому за нагрузку берем номинал.

Посмотрим необходимые параметры для постоянного тока из таблицы в ПУЭ (Правила Устройства Электроустановок).

Видим, что для обеспечения подачи тока от нашего блока питания достаточно медного проводника с общей площадью сечения 25 кв. («квадратов» - миллиметров в квадрате), а алюминиевого нужно уже 35 кв. При этом у медного больше запас по предельно допустимой силе тока от номинала в 117 А. Этого хватит на обеспечение блока питания выходной мощностью 1,7 кВт, а алюминиевого только на 1,5 кВт.

А теперь вернемся к тому проводу из начала статьи. Если бы он был медный, то через него можно было бы подать 21-24 ампера при 12 вольтах, или 280 Вт. На что и рассчитывал владелец. Но по факту провод алюминиевый, а это значит, что максимум, который он выдержит при непрерывной нагрузке – 165 Вт. Соответственно, если им запитать потребитель на 280 Вт, то:

• совсем обнаглевшие – те, которые в наглую продают алюминиевые PCI-E кабеля под видом медных или провод из некачественной меди с большим содержанием примесей;
• недоговаривающие – те, которые честно говорят, что их провода алюминиевые, но умалчивающие о том, что их продукция рассчитана на существенно меньшую нагрузку, чем медные.

К первой группе зачастую относятся продавцы серийных китайских кабелей. Покупка такой продукции – это всегда рулетка, в некоторых случаях русская. Но есть несколько способов проверить какой у вас оказался кабель в руках. Самый простой – это посмотреть на срез. Даже если медные жилы пролужены снаружи и не имеют характерного цвета, то на срезе они должны быть золотисто-розового цвета. Алюминиевый провод этим похвастаться не сможет.

Но если провод тонкий и многожильный, то разглядеть что там на срезе не получится. В таком случае провод нужно прожечь зажигалкой на середине пламени. Медный провод накалится до красна, а алюминиевый сгорит и переломится в месте нагрева.

Второй тип недобросовестных продавцов будет с полной уверенностью заявлять, что он продает качественный алюминиевый кабель, выполненный из сплава по американскому стандарту и не уступающий по всем характеристикам медному. Некоторые даже могут показать на маркировку AWG, которая никакого отношения к электропроводности не имеет. AWG – это калибр провода, то есть сечение по-нашему.

Американский шлейфовый кабель AWG 18, который в готовом виде продается для подключения периферии к модульному ATX блоку питания, соответствует сечению 0,75 кв. по ГОСТу. И он должен быть медным! В противном случае это подделка.

По ходу статьи мы уже разобрались, что никакие алюминиевые сплавы даже близко не сравнятся с медью по проводимости.

Более того, если мы посмотрим в ПУЭ, то увидим, что по ГОСТу алюминиевый провод вообще нельзя использовать для периферийного питания.

К чему все это?

Основная цель написания статьи - наглядно показать, от чего зависит качество питающего провода и научить читателей самостоятельно выбирать подходящий кабель.

Можно купить мощный ATX-блок с золотым и даже платиновым сертификатом, но, по незнанию, или в результате обмана, соединить его с фермой проводами, не способными передать нужный ток. В таком случае, ферма будет работать на 50-70% мощности, а источник питания на пределе возможности, иногда и сверх этого. В результате получится избыточное энергопотребление при низкой эффективности майнинга. Более того, блок питания может не выдержать нагрузки, которую он будет тратить на нагрев проводника и попросту сгорит. А, казалось бы, какие-то провода.

Вторая цель – показать вам, чем руководствуемся, когда делаем кастомную разводку кабеля на блоке питания. И почему для этого используем провод из чистой меди, соответствующий стандарту ГОСТ, с запасом по толщине жилы в 30-50% от номинальной мощности. Это дает нам уверенность в том, что продаем надежный источник питания, которому ничто не мешает работать так как он должен. К сожалению, некачественные серийные кабели встречаются чаще, чем хотелось бы. Вот наглядный пример.

Справа шлейфовый серийный кабель от китайского бренда Zhihang с американским сертификатом. На срезе отчетливо видно, что провод алюминиевый. Предельная стабильная нагрузка для такого кабеля 225 Вт. Разогнанную Radeon 5700 он выдержит, а 5700 XT только в стандартном режиме работы.

Ну а слева наш кабель. И пусть он выглядит не так эффектно, как его собрат справа, зато им можно запитать любую серийную видеокарту на максимальном разгоне, при этом останется запас в 10-15%.