Архитектура для взрывоопасных зон

Система вибромониторинга может быть развёрнута на объектах с взрывоопасными средами (нефтепереработка, нефтехимия, газодобыча). Предлагаются два архитектурных варианта, отличающихся расположением электроники относительно взрывоопасной зоны.

Нормативная база

Документ	Назначение
ТР ТС 012/2011	О безопасности оборудования для работы во взрывоопасных средах
ГОСТ 31610.0-2019 (IEC 60079-0)	Общие требования к Ex-оборудованию
ГОСТ 31610.11-2014 (IEC 60079-11)	Искробезопасная электрическая цепь «i»
ГОСТ 31610.14-2014 (IEC 60079-14)	Проектирование и монтаж
ГОСТ 31610.17-2012 (IEC 60079-17)	Проверка и техническое обслуживание
ГОСТ IEC 60079-25	Искробезопасные электрические системы
ПУЭ, глава 7.3	Электроустановки во взрывоопасных зонах
Федеральный закон №116-ФЗ	О промышленной безопасности

Типовые параметры для объектов с наличием водорода и углеводородов:

Параметр	Значение
Зона	1 / 2
Группа газа	IIC (водород)
Температурный класс	T6 (85 °C)
Маркировка оборудования	1Ex ia IIC T6 Gb

Вариант А — Централизованная архитектура

Вся электроника (Пассер, Ларус, барьеры) размещается в безопасной зоне — в системных шкафах операторной. Во взрывоопасной зоне находятся только датчики и пассивные клеммные коробки.

Принцип работы

1. Датчик (Ex ia) крепится на корпус подшипника и формирует аналоговый сигнал ICP/IEPE
2. Сигнал по экранированному кабелю (голубая оболочка, Ex ia) длиной 50–150 м передаётся через полевой шкаф
3. В системном шкафу сигнал проходит через барьер искробезопасности и поступает на Пассер-В2
4. Пассер выполняет оцифровку (АЦП до 100 кГц) и передаёт данные по Ethernet на Ларус
5. Ларус выполняет FFT, спектральный анализ, буферизацию и передачу на сервер

Преимущества

• Не требуется сертификация Пассер по ТР ТС 012/2011 — электроника в безопасной зоне
• Простое обслуживание без наряда-допуска (вся электроника в операторной)
• Нет ограничений по теплоотводу
• Проверенное решение, минимальные сроки реализации

Ограничения

• Значительный расход кабеля Ex ia (длинные экранированные линии)
• Ёмкость и индуктивность длинных кабелей ограничивают параметры датчиков
• Потенциальное снижение качества высокочастотного сигнала (>50 кГц) на линиях >80 м

Вариант Б — Распределённая архитектура

Электроника (Пассер, Ларус, барьеры) размещается во взрывоопасной зоне внутри Ex-защищённых полевых шкафов вблизи агрегатов.

Принцип работы

1. Датчик (Ex ia) крепится на корпус подшипника и формирует сигнал ICP/IEPE
2. Сигнал по короткому кабелю (5–20 м) передаётся в ближайший полевой шкаф
3. В полевом шкафу: барьер → Пассер (АЦП) → Ларус (FFT, спектры)
4. Обработанные данные передаются по Ethernet или оптоволокну на сервер в операторную

Преимущества

• Минимальный расход кабеля Ex ia (короткие линии 5–20 м)
• Лучшее качество высокочастотного сигнала (до 100 кГц)
• Более широкий выбор датчиков (меньше ограничений по ёмкости/индуктивности)
• Единственный системный шкаф в операторной
• Гибкая масштабируемость (добавление полевых шкафов)

Ограничения

• Требуется сертификация сборки «Пассер + корпус Ex db» по ТР ТС 012/2011 (6–12 месяцев)
• Теплоотвод в герметичном корпусе — необходим тепловой расчёт
• Обслуживание электроники — по наряду-допуску

Сравнительная таблица вариантов

Параметр	Вариант А (централизованный)	Вариант Б (распределённый)
Расход кабеля Ex ia	Высокий (50–150 м на линию)	Низкий (5–20 м на линию)
Качество сигнала на 100 кГц	Возможно снижение на линиях >80 м	Оптимальное (короткие линии)
Ограничения по датчикам	Ёмкость кабеля уменьшает допустимую C_o	Минимальные ограничения
Сертификация	Не требуется	Требуется для сборки (6–12 мес.)
Системные шкафы	2–3 шт (барьеры + электроника)	1 шт (только сервер)
Полевые шкафы	Пассивные (клеммные коробки)	Активные (электроника внутри)
Обслуживание электроники	Без ограничений	По наряду-допуску
Тепловой режим	Нет ограничений	Требуется тепловой расчёт
Сроки реализации	8–10 мес.	14–18 мес.
Масштабируемость	Ограничена ёмкостью системных шкафов	Гибкая

Барьеры искробезопасности

Для обеспечения взрывозащиты цепей между датчиками и Пассер применяются барьеры искробезопасности — по одному на каждый измерительный канал.

Типы барьеров

Подход	Описание	Применимость
Специализированные барьеры для ICP	С поддержкой источника постоянного тока	Оптимальное решение для ICP/IEPE
Активные барьеры (изоляторы)	Гальваническая развязка + питание датчика	Гарантированная совместимость
4–20 мА вибропередатчики	Стандартный 4–20 мА выход	Потеря высокочастотного сигнала (>10 кГц)

Особенности ICP/IEPE

Датчики ICP/IEPE требуют постоянного токового питания по сигнальной линии (2–4 мА при напряжении 18–28 В). Стандартные пассивные стабилитронные барьеры предназначены для контуров 4–20 мА и могут не обеспечивать корректную работу:

• Стабилитронный барьер ограничивает напряжение (до 28 В) и ток
• Падение напряжения на шунтирующих резисторах уменьшает доступное напряжение питания
• При длинных кабелях дополнительные потери могут привести к нестабильной работе

Рекомендация

Выбор конкретной модели барьера — на этапе РКД после получения паспортов датчиков с электрическими параметрами.

Расчёт искробезопасности

Для каждой цепи «барьер — кабель — датчик» выполняется расчёт в соответствии с ГОСТ 31610.11 и ГОСТ IEC 60079-25.

Условия выполнения

C_кабеля + C_i (датчик) ≤ C_o (барьер)
L_кабеля + L_i (датчик) ≤ L_o (барьер)
U_o (барьер) ≤ U_i (датчик)
I_o (барьер) ≤ I_i (датчик)

Схема цепи искробезопасности

Типовые параметры кабеля

Параметр	Значение
Погонная ёмкость	100–200 пФ/м
Погонная индуктивность	0,5–1,0 мкГн/м

Расчёт для типовых длин

Длина кабеля	C_кабеля (при 150 пФ/м)	L_кабеля (при 0,7 мкГн/м)	Вариант
15 м	2,3 нФ	10,5 мкГн	Б
50 м	7,5 нФ	35 мкГн	А (ближние)
100 м	15 нФ	70 мкГн	А (средние)
150 м	22,5 нФ	105 мкГн	А (дальние)

Длинные линии

При длинах >100 м (Вариант А) ёмкость кабеля (~15–22 нФ) существенно сужает допустимый диапазон C_o барьера. Это ограничивает выбор датчиков с высокой внутренней ёмкостью C_i.