100kWPSM短波發射機調制電纜及接頭改造

國家新聞出版廣電總局九一六臺 高 峰

引言

100KW短波發射機的調制電纜，將最高電壓為28KV的高壓音頻信號傳輸到電子管的陽極，由于音頻升壓設備到電子管的陽極有5-6米的距離，需要音頻高壓電纜將這兩個點連接起來，元發射設備使用的電纜的型號是SYV(Y)-50-17的電纜，在100kW短波發射機的調制系統之中此款電纜得到了較多的應用，其耐高壓指標不小于28000V，直徑比較小，電纜的耐壓比較低，使用高壓電纜進行打壓，電壓打至28KV時漏電流比較大，并且這條電纜在正常的播出中發生過多次擊穿的事故，造成了停播，極大的影響了安全播出的順利進行，經過擊穿點的分析，電纜擊穿點沒有規律可尋。經過分析研究決定更換為SYV-50-5-23型耐高壓電纜，這種電纜制作成音頻調制電纜后，使用高壓電纜測試儀打壓測試，在28KV時漏電流基本為零，從2015年開始更換此類型的電纜進行實驗，經過半年的實驗，發現在拐彎容易被高壓擊穿，根據分析現有耐高壓接插件產品結構的缺陷，主要是SYV-50-5-23型耐高壓電纜主要應用于耐高壓場合下的直接的連接。如圖1所示：其中碗型蓋被螺釘固定安裝于機柜面板上，耐高壓電纜的絕緣層及芯線穿過碗型蓋內孔，探入機箱內側，耐高壓電纜的屏蔽層包覆在在碗型蓋上，在A點到B點之間采用絕緣膠帶將電纜外皮、電纜屏蔽層及碗型蓋進行纏繞固定。這樣，電纜的屏蔽層與碗型蓋和左端機箱壁之間保持了較好地接觸，電纜接地可以較好地保證，而探入機箱孔內的電纜絕緣層及芯線的長度可以按照耐壓要求進行長短控制，所以此方案在接地方面均不存在問題。但由圖1可見，左右兩側機箱面板之間的距離為150mm，而耐高壓電纜的最小彎曲半徑應為300mm,這遠遠超出了機箱面板之間的距離，造成實際應用中的打彎半徑較小，在電纜打彎處存在較大的應力集中，在使用過程中容易在打彎處出現塑料絕緣層的斷裂等損傷問題，繼而造成電纜被高電壓擊穿。

根據多次實驗統計分析，更換型號為SYV-50-5-23后的高壓調制電纜大多是在電纜打彎處擊穿。電纜的其他部位沒有被擊穿過，證明這種型號的電纜在實際中可以使用，只要解決電纜應力集中的問題，整個音頻調制電纜的擊穿問題就可以解決。

圖1 原問題產品結構方案

針對直角打彎處的應力集中問題，應采用一種具備柔性連接的設計方案或者直角接插件配接SYV-50-5-23型耐高壓電纜的設計方案來從根本上解決這一問題。經研制小組對國內柔性系統連接及接插件行業的調研，目前國內暫時并沒有這一類的產品。綜合考慮研發成本及技術成熟度等因素，本方案最終采用了直角接插件配接SYV-50-5-23型耐高壓電纜的結構設計方案，設計思路和方案如下：

1.結構設計

考慮到產品的安裝面板已經大批量應用，所以產品的安裝法蘭開孔應和原碗型蓋保持一致，以最大限度地控制產品研制成本。為此，我們設計了由固定端和自由端兩部分組成直角接插件的方案（如圖2）。

1.1 固定端的結構

本設計方案固定端包括插孔、絕緣子及外殼。因聚四氟乙烯材料具有良好的抗電強度指標，絕緣子的材料采用聚四氟乙烯材料。在外殼上起倒刺將絕緣子通過壓配工裝壓入外殼孔內。插孔采用鈹青銅熱處理，保證插孔彈性，使針孔接觸良好。在插孔上起倒刺將插孔通過壓配工裝壓入絕緣子孔內。

1.2 自由端的結構

本設計方案自由端包括彎針、配電纜插孔、水平內絕緣子、垂直內絕緣子、外絕緣子、外殼、板及連接螺釘。彎針在水平方向配接固定端的插孔，在垂直方向配接配電纜插孔。水平內絕緣子、垂直內絕緣子在機械設計角度均為支撐結構件，主要起到支撐彎針及插孔的作用，使彎針及插孔同軸置于內絕緣子之中。如圖3所示，外絕緣子是實現耐高壓的關鍵零件，其外形中部下的安全因素，置于機箱外部的外殼必須保證良好接地。該結構電纜屏蔽層與固定端和自由端的外殼均保持了良好的接觸，接地良好。

圖2 新結構方案

圖3 外絕緣子

圖4 底板

2.產品的耐電壓設計

為了保證產品的耐電壓指標，該產品設計必須對介質的抗電強度進行相關計算，并在接電纜處、直角打彎處、以及固定端和自由端配合處進行對應的耐高電壓設計。

2.1 介質抗電強度

該產品介質選用聚四氟乙烯材料，依據塑料工程手冊[1]，聚四氟乙烯的抗電強度最小為15.7KV/mm，即該產品絕緣子的單邊壁厚達1.78mm，即可滿足耐電壓28KV的設計要求。因該產品在徑向空間的裕度較大，所以比較容易地可以保證耐電壓28kv的總體要求。

2.2 接電纜處、直角打彎處、固定端和自由端配合處耐電壓設計

為了保證產品的耐電壓指標，該產品必須在接電纜處、直角打彎處、固定端和自由端配合處設計合理的爬電長度。電氣間隙和爬電距離在很多標準中都有涉及，而且其規定要求可能不同。因為不同電氣設備對電氣間隙和爬電距離的要求可能并不相同。本產品設計為全介質錯位填充結構，主要應考慮使其爬電距離滿足設計要求。而對最小爬電距離的要求，和內外導體間施加的電壓有關，和絕緣材料及環境的污染等級有關。

在本方案中，介質為聚四氟乙烯填充材料，依據IEC 60664-1標準相關規定，對該設備環境按Ⅱ級污穢條件，絕緣爬電距離按2mm/KV來設計，可得到28KV的爬電距離應不小于56mm。按1.5倍的安全裕度進行計算，產品的爬電距離為84mm。由于產品應用空間尺寸的限制，綜合直角打彎處、固定端和自由端配合處的結構設計， 84mm的爬電距離已經基本達到空間允許的極限水平。所以產品最終的爬電距離給定為84mm。

3.結束語

設計方案經充分評審論證后，我們在一部發射機上試用了該產品。音頻調制高壓電纜使用SYV-50-5-23型耐高壓電纜，新耐高壓接插件產品的結構及耐電壓角度對新產品設計方案進行分析，試驗和驗證。經過了三次產品的升級改造，其中解決了耐高壓插接件產品的腐蝕，漏電和爬電等問題，最終設計定型了，使用新設計的高壓電纜頭，設計了容易插接的接頭，經過了2017一年的實驗，沒有發生擊穿現象，解決了長期困擾的調制電纜擊穿問題，為100KW短波發射機的調制電纜擊穿問題提供了很好的解決方案。

[1]黃銳.塑料工程手冊,機械工業出版社,2000,3.

[2]無線局100kWPSM發射機維護手冊.