100kWPSM短波发射机调制电缆及接头改造

国家新闻出版广电总局九一六台 高 峰

引言

100KW短波发射机的调制电缆，将最高电压为28KV的高压音频信号传输到电子管的阳极，由于音频升压设备到电子管的阳极有5-6米的距离，需要音频高压电缆将这两个点连接起来，元发射设备使用的电缆的型号是SYV(Y)-50-17的电缆，在100kW短波发射机的调制系统之中此款电缆得到了较多的应用，其耐高压指标不小于28000V，直径比较小，电缆的耐压比较低，使用高压电缆进行打压，电压打至28KV时漏电流比较大，并且这条电缆在正常的播出中发生过多次击穿的事故，造成了停播，极大的影响了安全播出的顺利进行，经过击穿点的分析，电缆击穿点没有规律可寻。经过分析研究决定更换为SYV-50-5-23型耐高压电缆，这种电缆制作成音频调制电缆后，使用高压电缆测试仪打压测试，在28KV时漏电流基本为零，从2015年开始更换此类型的电缆进行实验，经过半年的实验，发现在拐弯容易被高压击穿，根据分析现有耐高压接插件产品结构的缺陷，主要是SYV-50-5-23型耐高压电缆主要应用于耐高压场合下的直接的连接。如图1所示：其中碗型盖被螺钉固定安装于机柜面板上，耐高压电缆的绝缘层及芯线穿过碗型盖内孔，探入机箱内侧，耐高压电缆的屏蔽层包覆在在碗型盖上，在A点到B点之间采用绝缘胶带将电缆外皮、电缆屏蔽层及碗型盖进行缠绕固定。这样，电缆的屏蔽层与碗型盖和左端机箱壁之间保持了较好地接触，电缆接地可以较好地保证，而探入机箱孔内的电缆绝缘层及芯线的长度可以按照耐压要求进行长短控制，所以此方案在接地方面均不存在问题。但由图1可见，左右两侧机箱面板之间的距离为150mm，而耐高压电缆的最小弯曲半径应为300mm,这远远超出了机箱面板之间的距离，造成实际应用中的打弯半径较小，在电缆打弯处存在较大的应力集中，在使用过程中容易在打弯处出现塑料绝缘层的断裂等损伤问题，继而造成电缆被高电压击穿。

根据多次实验统计分析，更换型号为SYV-50-5-23后的高压调制电缆大多是在电缆打弯处击穿。电缆的其他部位没有被击穿过，证明这种型号的电缆在实际中可以使用，只要解决电缆应力集中的问题，整个音频调制电缆的击穿问题就可以解决。

图1 原问题产品结构方案

针对直角打弯处的应力集中问题，应采用一种具备柔性连接的设计方案或者直角接插件配接SYV-50-5-23型耐高压电缆的设计方案来从根本上解决这一问题。经研制小组对国内柔性系统连接及接插件行业的调研，目前国内暂时并没有这一类的产品。综合考虑研发成本及技术成熟度等因素，本方案最终采用了直角接插件配接SYV-50-5-23型耐高压电缆的结构设计方案，设计思路和方案如下：

1.结构设计

考虑到产品的安装面板已经大批量应用，所以产品的安装法兰开孔应和原碗型盖保持一致，以最大限度地控制产品研制成本。为此，我们设计了由固定端和自由端两部分组成直角接插件的方案（如图2）。

1.1 固定端的结构

本设计方案固定端包括插孔、绝缘子及外壳。因聚四氟乙烯材料具有良好的抗电强度指标，绝缘子的材料采用聚四氟乙烯材料。在外壳上起倒刺将绝缘子通过压配工装压入外壳孔内。插孔采用铍青铜热处理，保证插孔弹性，使针孔接触良好。在插孔上起倒刺将插孔通过压配工装压入绝缘子孔内。

1.2 自由端的结构

本设计方案自由端包括弯针、配电缆插孔、水平内绝缘子、垂直内绝缘子、外绝缘子、外壳、板及连接螺钉。弯针在水平方向配接固定端的插孔，在垂直方向配接配电缆插孔。水平内绝缘子、垂直内绝缘子在机械设计角度均为支撑结构件，主要起到支撑弯针及插孔的作用，使弯针及插孔同轴置于内绝缘子之中。如图3所示，外绝缘子是实现耐高压的关键零件，其外形中部下的安全因素，置于机箱外部的外壳必须保证良好接地。该结构电缆屏蔽层与固定端和自由端的外壳均保持了良好的接触，接地良好。

图2 新结构方案

图3 外绝缘子

图4 底板

2.产品的耐电压设计

为了保证产品的耐电压指标，该产品设计必须对介质的抗电强度进行相关计算，并在接电缆处、直角打弯处、以及固定端和自由端配合处进行对应的耐高电压设计。

2.1 介质抗电强度

该产品介质选用聚四氟乙烯材料，依据塑料工程手册[1]，聚四氟乙烯的抗电强度最小为15.7KV/mm，即该产品绝缘子的单边壁厚达1.78mm，即可满足耐电压28KV的设计要求。因该产品在径向空间的裕度较大，所以比较容易地可以保证耐电压28kv的总体要求。

2.2 接电缆处、直角打弯处、固定端和自由端配合处耐电压设计

为了保证产品的耐电压指标，该产品必须在接电缆处、直角打弯处、固定端和自由端配合处设计合理的爬电长度。电气间隙和爬电距离在很多标准中都有涉及，而且其规定要求可能不同。因为不同电气设备对电气间隙和爬电距离的要求可能并不相同。本产品设计为全介质错位填充结构，主要应考虑使其爬电距离满足设计要求。而对最小爬电距离的要求，和内外导体间施加的电压有关，和绝缘材料及环境的污染等级有关。

在本方案中，介质为聚四氟乙烯填充材料，依据IEC 60664-1标准相关规定，对该设备环境按Ⅱ级污秽条件，绝缘爬电距离按2mm/KV来设计，可得到28KV的爬电距离应不小于56mm。按1.5倍的安全裕度进行计算，产品的爬电距离为84mm。由于产品应用空间尺寸的限制，综合直角打弯处、固定端和自由端配合处的结构设计， 84mm的爬电距离已经基本达到空间允许的极限水平。所以产品最终的爬电距离给定为84mm。

3.结束语

设计方案经充分评审论证后，我们在一部发射机上试用了该产品。音频调制高压电缆使用SYV-50-5-23型耐高压电缆，新耐高压接插件产品的结构及耐电压角度对新产品设计方案进行分析，试验和验证。经过了三次产品的升级改造，其中解决了耐高压插接件产品的腐蚀，漏电和爬电等问题，最终设计定型了，使用新设计的高压电缆头，设计了容易插接的接头，经过了2017一年的实验，没有发生击穿现象，解决了长期困扰的调制电缆击穿问题，为100KW短波发射机的调制电缆击穿问题提供了很好的解决方案。

[1]黄锐.塑料工程手册,机械工业出版社,2000,3.

[2]无线局100kWPSM发射机维护手册.