100kWPSM短波發(fā)射機調(diào)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(fā)射機的調(diào)制電纜，將最高電壓為28KV的高壓音頻信號傳輸?shù)诫娮庸艿年枠O，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(fā)射設備使用的電纜的型號是SYV(Y)-50-17的電纜，在100kW短波發(fā)射機的調(diào)制系統(tǒng)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(fā)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(jīng)過擊穿點的分析，電纜擊穿點沒有規(guī)律可尋。經(jīng)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(diào)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(jīng)過半年的實驗，發(fā)現(xiàn)在拐彎容易被高壓擊穿，根據(jù)分析現(xiàn)有耐高壓接插件產(chǎn)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(nèi)孔，探入機箱內(nèi)側(cè)，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(nèi)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(cè)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(xiàn)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(jù)多次實驗統(tǒng)計分析，更換型號為SYV-50-5-23后的高壓調(diào)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(diào)制電纜的擊穿問題就可以解決。

圖1 原問題產(chǎn)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(jīng)研制小組對國內(nèi)柔性系統(tǒng)連接及接插件行業(yè)的調(diào)研，目前國內(nèi)暫時并沒有這一類的產(chǎn)品。綜合考慮研發(fā)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(chǎn)品的安裝面板已經(jīng)大批量應用，所以產(chǎn)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(chǎn)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(nèi)。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(nèi)。

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(nèi)絕緣子、垂直內(nèi)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(nèi)絕緣子、垂直內(nèi)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(nèi)絕緣子之中。如圖3所示，外絕緣子是實現(xiàn)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(chǎn)品的耐電壓設計

為了保證產(chǎn)品的耐電壓指標，該產(chǎn)品設計必須對介質(zhì)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(zhì)抗電強度

該產(chǎn)品介質(zhì)選用聚四氟乙烯材料，依據(jù)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品的耐電壓指標，該產(chǎn)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(guī)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(chǎn)品設計為全介質(zhì)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(nèi)外導體間施加的電壓有關，和絕緣材料及環(huán)境的污染等級有關。

在本方案中，介質(zhì)為聚四氟乙烯填充材料，依據(jù)IEC 60664-1標準相關規(guī)定，對該設備環(huán)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(chǎn)品的爬電距離為84mm。由于產(chǎn)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(jīng)基本達到空間允許的極限水平。所以產(chǎn)品最終的爬電距離給定為84mm。

3.結束語

設計方案經(jīng)充分評審論證后，我們在一部發(fā)射機上試用了該產(chǎn)品。音頻調(diào)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(chǎn)品的結構及耐電壓角度對新產(chǎn)品設計方案進行分析，試驗和驗證。經(jīng)過了三次產(chǎn)品的升級改造，其中解決了耐高壓插接件產(chǎn)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(jīng)過了2017一年的實驗，沒有發(fā)生擊穿現(xiàn)象，解決了長期困擾的調(diào)制電纜擊穿問題，為100KW短波發(fā)射機的調(diào)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(yè)出版社,2000,3.

[2]無線局100kWPSM發(fā)射機維護手冊.