Конструктивные особенности антивандального и взрывозащитного оборудования

Взрывозащищённое электрооборудование – это электротехническое устройство, электрооборудование специального назначения, выполненное таким образом, что устранена или затруднена возможность воспламенения окружающей взрывоопасной среды вследствие эксплуатации. Взрывоопасная среда – смесь с воздухом, при атмосферных условиях, горючих веществ в виде газа, пара, тумана или пыли, в которой горение после воспламенения распространяется на весь объём взрывоопасной смеси [1]. Взрывоопасное оборудование соответственно классифицируется, есть и специальная маркировка взрывобезопасного оборудования – Еx (от англ. Explosion Proof – взрывобезопасность). 

Особенности взрывозащищённого оборудования

Проблематику надёжности и эффективности взрывозащищённого оборудования можно условно разделить по признакам и свойствам назначения оборудования. В силовых электрических установках, в РЭА, в микроэлектронике (также разного назначения) эта проблематика видится со своими акцентами. Если на предприятиях со взрывоопасными условиями производства взрывозащищённое оборудование прямо связано с производственным процессом и безопасностью персонала, то в бытовой сфере наибольшую опасность представляют устройства и элементы РЭА, содержащие движущиеся механические части и АКБ. Чем больше мощность рассеяния или мощность, производимая электрическим устройством, тем более велик взрывоопасный риск и вероятность поражения людей и животных на расстоянии от устройства. 

Особенное значение проблема взрывоопасного оборудования приобретает на транспортной инфраструктуре, ибо движущееся средство по определению является предметом повышенной опасности для окружающих. С проблемой взрывоопасности прямо связана пожарная безопасность – частота возникновения пожаров. В частности, многие помнят отдельные случаи проблем с аккумуляторами сотовых телефонов и других РЭА – от автоматических усройств вентиляции лёгких (медицинское оборудование в госпиталях во время пандемии коронавируса) до «внезапных» взрывов и возгораний электросамокатов. Подробнее о проблематике в [3]. 

Отдельное направление – проблематика взрывоопасности дискретных элементов (и модулей на их основе) в источниках питания и в целом на печатных платах. Так, оксидные конденсаторы подвержены моментальному разрушению посредством взрыва при неправильно приложенном напряжении, а также при превышении номинального рабочего напряжения, или воздействию на обкладки модулированного либо переменного напряжения. Реже посредством «микровзрыва» повреждаются и другие дискретные элементы, в том числе полупроводники в корпусах разного форм-фактора.

И если на производстве своевременное техническое обслуживание может предотвратить или минимизировать риски разрушения (посредством взрыва и возгорания) силовых машин, мощных электродвигателей и предотвратить остановку производственного процесса, то в частном секторе при отсутствии контроля и регламента РЭА это сделать затруднительно. 

На рис. 1 представлена условная диаграмма наиболее критичных элементов взрывозащищённого оборудования, установленного на производстве. Сведения по материалам из [7].

Каждому изделию, предназначенному для применения во взрывоопасной зоне, после проведения соответствующих испытаний с целью допуска к эксплуатации в конкретной среде присваивается маркировка взрывозащиты, или Ех-маркировка, и оформляется сертификат соответствия требованиям стандарта ТР ТС 012/2011. В сертификате указана информация о типе, модели, марке, исполнениях оборудования (особенности модели), условии применения с параметрами электрических цепей, а также (если имеются) особые условия применения под знаком Х.

Маркировка взрывозащиты имеет свои особенности. На рис. 2 представлен пример расшифровки Ех-маркировки электрического оборудования и РЭА по ГОСТ 31610.0–2014 (IEC 60079-0:2011) «Взрывобезопасные среды».

Имеет особое значение часть определений из раздела «Общие требования» – нескольких цифробуквенных символов, несущих полезную информацию, и имеющих следующую струк-туру (рис. 2):

• первый знак – знак уровня взрывоза-щиты;
• Ех – знак принадлежности к взрыво-защищённому оборудованию;
• третий знак – вид взрывозащиты;
• четвёртый знак – группа по области применения;
• пятый знак – температурный класс;
• шестой знак – тоже знак уровня взрывозащиты на европейский манер – Ga, Gb и Gc.

В конце маркировки может стоять знак Х или U: Х указывает на специальные условия безопасного применения электрооборудования, U служит для обозначения Ех-компонента.

О проблематике взрывоопасного оборудования есть много условно устаревших публикаций. Однако далее и на протяжении всей статьи будем обращаться к способам и методам защиты РЭА и в целом – оборудования, работающих в условиях рисков и взрывоопасных сред. Таких рисков в разных сферах в последние годы появляется всё больше. Поэтому оказался востребованным (и не первый год) в производстве такой сегмент оборудования, как взрывозащитные кожухи, экраны, корпуса для РЭА различного назначения. О них на конкретных примерах и с обоснованием технических особенностей поговорим далее.

Методы обеспечения взрывобезопасности

Основные способы обеспечения взрывобезопасности оборудования регламентируются Техническим регламентом «О безопасности оборудования для работы во взрывоопасных средах» (ТР ТС 012/2011) и межгосударственными стандартами, перечень которых утверждался Решением Коллегии Евразийской экономической комиссии. Таким образом, по межгосударственным договорам оборудование сертифицировалось в соответствии с техническим регламентом Евразийского экономического союза, действующим также в Российской Федерации.

Среди способов защиты РЭА во взрывоопасных средах важными признаны следующие:

• локализация, сдерживание взрыва, когда принятые меры не дают взрыву распространиться за пределы оболочки оборудования;
• изоляция или герметизация – заливка компаундом, продувка оборудования, например, сжатым воздухом для поддержания внутри оболочки повышенного давления, заполнение оболочки кварцевым песком или маслом;
• применение искробезопасной электрической цепи в целях предотвращения или ограничения запасённой и выделяемой энергии в электрических цепях.

Классификация электрооборудования

По уровню взрывозащиты электрооборудование подразделяется:

• на электрооборудование повышенной надёжности против взрыва;
• взрывобезопасное электрооборудование;
• особо взрывобезопасное электрооборудование.

Критерии присвоения уровня взрывозащиты электрооборудованию изложены в ГОСТ 31610.0–2014 (IEC 60079-0:2011). Вид взрывозащиты – специальные меры, предусмотренные в электрооборудовании с целью предотвращения воспламенения окружающей взрывоопасной среды, совокупность средств взрывозащиты электрооборудования. Каждому виду взрывозащиты соответствует определённый символ:

• d, e, i, m, n, o, p, q, s – для электрооборудования, предназначенного для работы во взрывоопасных газовых средах;
• t, i, m, p, s – для электрооборудования, предназначенного для работы во взрывоопасных пылевых средах;
• fr, d, c, b, k, p – для неэлектрического оборудования.

По области применения оборудование делится на группы:

• I – рудничное взрывозащищённое электрооборудование, предназначенное для применения в подземных выработках шахт, рудников и в их наземных строениях, опасных по рудничному газу и/или горючей пыли;
• II – взрывозащищённое электрооборудование для внутренней и наружной установки, предназначенное для потенциально взрывоопасных сред, кроме подземных выработок шахт и рудников и их наземных строений, опасных по рудничному газу и/или пыли;
• III – оборудование, предназначенное для применения во взрывоопасных пылевых средах (кроме подземных выработок шахт и их наземных строений).

Подробнее об этом в [1]. Электрооборудование групп II и III может подразделяться на подгруппы (IIA, IIB или IIC, IIIA, IIIB, IIIC) в соответствии с категорией взрывоопасности газовой среды и характеристикой особенностей пылевой среды, там, где они актуальны и влиятельны.

На рис. 3 представлена иллюстрация схемы использования устройств с взрывозащитой вида «d» или «m».

Для прокладки кабелей и обеспечения их целостности даже в условиях взрывоопасных сред применяют соответствующие способы с помощью уплотнительных модулей и дополнительной стальной оплётки. Иначе – помещают электрический и соединительный кабели (трансляция потоков данных в цифровой форме) в металлическую трубу, толщина которой выбирается в соответствии с задачами по конкретной ситуации. На рис. 4 представлен современный способ прокладки кабеля сквозь стены и перегородки с использованием взрывозащищённых уплотнительных модулей, установленных в муфты или рамы.

Достоинством данного метода является многоразовость конструкции, когда каждый из уплотнительных модулей можно в любой момент заменить на другой, более подходящий под тип используемого кабеля. Такой способ позволяет оперативно прокладывать новые кабели или заменять кабели, вышедшие из строя.

Определившись со смыслами, далее рассмотрим актуальные сегодня способы и меры обеспечения стабильной работы РЭА различного назначения в условиях рисков взрывоопасности. Очевидно, самый простой путь для разработчиков РЭА и защитных методов – помещение электронного устройства в особый защищённый корпус-бокс, разумеется, с обеспечением его устойчивости, взрывозащиты, а иногда и герметичности. Такое оборудование выпускается в России.

Взрывозащищённые видеокамеры, например, представлены моделями МК ВК тип-1, тип-3, тип-5 и тип-7, МК ВК FISHEYE, подвесными купольными видеокамерами МК PTZ. Среди сетевых коммутаторов – ПВК Орион МК СК, МК Wi-Fi, ИК-прожекторы типа Орион МК МК. Дополнительное оборудование включает термокожухи Орион МК моделей М, ВО (с водяным охлаждением), ТВР (специальный, для тепловизора), взрывозащищённые мониторы ВК PTZ и Авто (для систем с РЭА на автомобильном шасси) с диагональю от 14 до 21 дюйма, а также персональные компьютеры типа МК ПК. Рассмотрим их подробнее.

Сетевые взрыво-, пыле- и влагозащищённые коммутаторы

Коммутатор во взрывозащищённом исполнении ПКВ Орион МК СК имеет опционально много портов, предназначенных для объединения удалённых сетевых устройств в один или несколько сегментов сети в условиях взрывоопасной среды. Мощность каждого порта ограничена мощностью, связанной с конструкцией разъёмного соединения, и обычно (по данной модели коммутатора) составляет до 30 Вт. Эта конструктивная особенность коммутатора через стандартную проводную витую пару обеспечивает РЭА взаимосвязь данных и электроэнергии на расстоянии 250–300 метров (в режиме ССTV-Default). Так обеспечивают условия организации распределительной локальной сети с минимальными потерями данных за счёт качественного исполнения разъёмов и проводников. Это даёт оборудованию конкурентные преимущества перед аналогичными устройствами, а именно: в зависимости от комплектации коммутатор обеспечивает подклю-чение и взаимодействие с потоком цифровых данных 8 (и менее) IP-устройств, среди которых видеокамеры, средства связи, маршрутизаторы – любая цифровая РЭА; c помощью коммутатора данные передаются на пост оператора с высокой скоростью и чёткостью, позволяя отследить нарушения в технологических процессах на опасных объектах и обнаружить незаконное вторжение на территорию объекта. В конструкции задействованы порты PoE, обеспечивающие с помощью одного кабеля питание удалённого устройства, передачу сигнала, а также возможность регулировки угла наклона и поворота камеры [2]. На боковой стенке коммутатора располагается переключатель режимов, позвляющий увеличить расстояние передачи данных. Порты PoE снижают расходы материалов при монтаже, соответственно, удешевляют конструкцию, сокращается время на обслуживание, что приводит к экономии средств при регламентных работах. Благодаря таким техническим характеристикам коммутатор востребован разработчиками РЭА в области устройств безопасности, контроля доступа и превентивного предупреждения о несанкционированном проникновении. А широкие допуски относительно условий среды функционирования позволяют применять его практически в любой климатической зоне России. 

Особенность устройства не только в исполнении корпуса с усиленной скрепляющей пластиной, выполняющей роль ребра жёсткости, нагревательного элемента для термокомпенсации, но и во взрывозащищённых кабельных вводах серии КВ ТУ 344995-138-81888935-2016.

На этом, в частности, специализируются разные производства [4–7]. Благодаря этим факторам механической надёжности устройство одновременно поддерживает потоки (передачу) данных между всеми портами с высокой скоростью. Выпускается в модификациях, отличающихся количеством сетевых портов с поддержкой PoE, к примеру, ПКВ Орион МК СК-4, ПКВ Орион МК СК-8 на базе поста управления взрывозащищённого ПКВ с маркировкой взрывозащиты 1Ex d IIB T6…Т4 Gb (рис. 5).

Такое оборудование для применения во взрывоопасных зонах, помещениях и наружных установках в соответствии с маркировкой взрывозащиты 1Ex d IIB T6…Т4 Gb (о маркировке было сказано выше) производится и стандартизируется по ГОСТ 31610.0-2014 и ГОСТ IEC 60079-10-1-2011. Степень защиты от проникновения пыли и влаги по ГОСТ 14254 IP66. Вид климатического исполнения УХЛ1 по ГОСТ 15150-69, атмосфера типа II по ГОСТ 15150. Так классифицируется РЭА и в целом электрооборудование II группы, годное для использования в взрывоопасных условиях и средах класса 1 и 2 (самые высокие и надёжные по ГОСТ IEC 60079-10-1-2011). Окружающая среда может содержать взрывоопасные смеси газов и паров с воздухом категории IIА, IIВ. Коммутатор соответствует I классу защиты от поражения электрическим током согласно ГОСТ 12.2.007.0-75.

На рис. 6 представлен один из возможных видов размещения РЭА во взрывозащищённом корпусе коммутатора.

Принцип работы и особенности термокомпенсации

Рассматривая типичный практический пример подключения взрывозащищённого коммутатора к IP-устройствам и IP-камерам, расположенным на периферии охраняемого объекта или в местах технологических процессов, уточним принцип объединения разных РЭА в одну сеть – с помощью коммутатора. Каждое подключённое устройство имеет индивидуальный МAC-адрес. И каждому зафиксированному MAC присваивается отдельный порт, поэтому электронные устройства с каналами цифрового формата данных легко объединить и коммутировать. При установке на линии нескольких коммутаторов её длина кратно увеличивается; для этого рассматриваемые устройства дополняют линейными усилителями сигналов. В этой связи сети можно масштабировать на несколько километров. Самое слабое звено в цепи проводных локальных сетей – места (точки) разъёмных и коммутируемых соединений проводов – с учётом особенностей коммутатора перестаёт быть фактором риска надёжности сети. А это даёт всей системе связи повышенную устойчивость даже в условиях сильной детонации, и в целом во взрывоопасной среде. 

Термокомпенсация обеспечивается специальными нагревательными элементами в форме пластины внутри корпуса коммутатора. Это обеспечивает устойчивую эксплуатацию при температуре окружающей среды даже –60°С и относительной влажности воздуха 90% без конденсации влаги при условии высоты установки над уровнем моря не более 4300 м.

Особенности конструкции

Корпус сетевого взрывозащищённого коммутатора МК СК отличается раздельной взрывонепроницаемой оболочкой (рис. 6).

Элементы защиты состоят из корпуса и резинового уплотнительного кольца крышки. Крышка крепится к корпусу с помощью поворотных съёмных петель и герметично прижата креплением с винтами. Поскольку петли, соединяющие элементы конструкции, съёмные, крышку можно и удобно полностью отсоединять от корпуса. Это облегчает монтажные работы. На внешней стороне корпуса по периметру крышки устанавливаются пружинные шайбы с прижимными винтами для того, чтобы исключить отвинчивание при возможной вибрации и детонации. Пломбирование двух диагонально расположенных винтов обеспечивает контроль несанкционированного доступа во внутреннюю полость корпуса. При таких условиях корпус коммутатора считается герметичным.

Пространство взрывонепроницае-мой оболочки на площади 0,5 м² позволяет оптимально для монтажа и обслуживания разместить внутренние компоненты, такие как усилители сигналов, противопомеховые фильтры и другие элементы. Коммутатор вместе с блоком питания устанавливается на монтажную плату и жёстко крепится винтами. Подвод кабелей осуществляется за счёт взрывозащищённых кабельных вводов. Нагревательная пластина (для термокомпенсации внутри корпуса) с термостатом установлена на стенке внутри оболочки, что позволяет сохранять оптимальную рабочую температуру для работы смонтированного внутри оборудования. Термостат с элементом регулировки температуры обеспечивает необходимый температурный режим. Для снижения теплопотерь и исключения конденсата внутри коммутатора задействован специальный материал – изолон. Подробнее о сетевых взрывозащищённых устройствах и корпусах в [4]. Интерес может представлять также взрывозащищённый кожух, адаптированный для тепловизора (рис. 7).

Особенности взрывозащищённых термокожухов с охлаждением

Термокожухи с водяным охлаждением особенно полезны в условиях пылеобразования, при размещении в них электронного оборудования с высокой теплоотдачей и в условно тёплых климатических зонах. Притом что корпус термокожуха герметизирован, применить естественную воздушную вентиляцию с помощью перфорации стенок корпуса нельзя. Поэтому для таких условий разработана система принудительного жидкостного охлаждения. Ввод в корпус патрубков с охлаждающей жидкостью организован аналогично безаварийным разъёмным соединениям для электрических кабелей питания РЭА и кабельных каналов для передачи потока цифровых данных.

К примеру, термокожухи серии Орион МК ВО (рис. 8) предназначены для монтажа устройств для цифрового потокового видео с последующей передачей по кабельным сетям, сети Интернет на устройства воспроизведения сигнала.

Особенности конструкции

Такое исполнение термокожуха предотвращает влияние различных агрессивных и опасных производственных сред на РЭА даже там, где постоянная температура среды эксплуатации составляет до 200°С, а также в условиях возможного присутствия взрывоопасной среды. Область применения термокожухов – обеспечение охраны, безопасности и контроля за технологическими процессами взрывоопасных и агрессивных производств нефтяной, нефтеперерабатывающей, нефтехимической, газовой, металлургической отрасли и других сложно-технологических производств.

Термокожух Орион МК ВО рассматривается как взрывозащищённая оболочка для установки электронного оборудования внутрь корпуса с последующим монтажом в условиях агрессивной среды, а также в местах возникновения опасности утечки взрывоопасных газов. При использовании термокожухов в условиях повышенных температур конструкция предусматривает снижающее воздействие теплового излучения водяное охлаждение для отвода тепла. С увеличением скорости прокачки охлаждающей жидкости увеличивается отвод тепла от оболочки термокожуха, поэтому снижается влияние температуры на РЭА.

Технические характеристики термокожуха Орион МК ВО представлены в табл. 1.

Пример маркировки устройства и расшифровки характеристик взрывозащищённого термокожуха:

1 – наименование термокожуха;
2 – напряжение питания опционально и вариативно: 12 В, 24–36 В DC и 24–36 В, 230 В AC;
3 – обозначение типа кабельных вводов:
К – для открытой прокладки кабеля; Т1/2, Т3/4 – для присоединения трубы с резьбой G1/2 или G3/4; 
Б – для кабеля в бронированной оп-лётке с внешним диаметром до 18 мм; КМ10, КМ12, КМ15, КМ20 – для металлорукава 10–20 мм;
4 – кронштейн крепления на трубу – (КТ).

Особенности материала и корпуса

Термокожух является взрывозащищённым корпусом с повышенным классом взрывозащиты, основанным на применении взрывонепроницаемой оболочки типа «d». Оболочка во взрывозащищённом исполнении изготавливается из коррозионностойкой стали. Материал корпуса содержит не более 7,5% магния, титана, циркония – это важно для знания об устойчивости корпуса к нагреву от внешней среды (возгорания, пожара), а также для понимания радиоактивной безопасности устройства и защиты РЭА от внешней, возможно радио-активной, среды. Корпус в форме полого цилиндра с двойной стенкой (на манер колбы термоса) с расстоянием в 10 мм между стенками состоит из приваренных фланцев и съёмных крышек [6]. Задняя крышка оболочки крепится к корпусу на винтах и имеет на внешней стороне два штуцера с внутренней резьбой для установки кабельных вводов, а на противоположной стороне внутрь корпуса монтируется электронная плата адаптера питания. В смотровое окно на передней стенке корпуса встроено боросиликатное закалённое стекло с повышенной термостойкостью к механическим повреждениям. На внешней стороне оболочки имеются приварные штуцера для присоединения трубопровода с охлаждающей жидкостью. Что-
бы исключить попадание влаги и пыли, применяются резиновые уплотнители в местах крепления съёмных деталей корпуса. 

Смонтированный поверх корпуса козырёк также является защитным элементом, ограничивающим воздействие неблагоприятных природных условий. Предусмотрен кронштейн для монтажа на горизонтальную или вертикальную плоскость, а также консольный кронштейн для крепления на трубу. Устройству присвоен класс взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка “d”». Маркировка взрывозащиты PB Ex d I Mb X / 1Ex d IIС T6 Gb X по ГОСТ Р МЭК 60079-0-2011. Знак «Х» в маркировке означает «не подвергать светопропускающую часть механическим воздействиям». 

Такие устройства относятся  к  взрывозащищённому  электрооборудованию  групп  I, II, III по ГОСТ-Р МЭК 60079-0-2011 и предназначены для применения в подземных выработках шахт, рудников и их наземных строениях, а также во взрывоопасных помещениях, наружных установках  и  пылевых  средах  в соответствии с установленной маркировкой взрывозащиты, требованиями ТР ТС012/2011, ГОСТ-Р МЭК60079-14-2011 другими НПА, регламентирующими применение РЭА и электрооборудования в взрывоопасных зонах и в зонах, опасных по воспламенению горючей пыли. Рассчитаны на эксплуатацию при температуре окружающей среды в широком диапазоне температур согласно требованиям климатического исполнения УХЛ1 по ГОСТ 15150-69. Устойчивы в эксплуатации при атмосферном давлении 84–106,7 кПа. Степень защиты оболочки корпуса IP67 по ГОСТ14254. Защита от поражения электрическим током по ГОСТ 12.2.007.0-75: класс I–III. Металлический корпус имеет защитное заземление и рабочую изоляцию от токоведущих частей. При напряжении питания 230–245 В переменного тока класс защиты I, при напряжении питания < 24 В постоянного или переменного тока – класс защиты III. Термокожухи выпускаются в исполнениях, отличающихся материалом корпуса, габаритными размерами, напряжением питания, наличием ИК-подсветки. С вариантами кабельных вводов различных исполнений:

• для открытой прокладки присоединяемого кабеля (индекс в обозначе-нии – К);
• для прокладки присоединяемого кабеля в трубе G1/2 (Т-1/2) или G3/4 (Т-3/4);
• для присоединения бронированного кабеля (Б);
• для присоединения кабеля в металлорукаве РЗЦХ – 10, 12, 15 или 20 мм (КМ10 – КМ20).

Кабельные вводы позволяют ввести и вывести кабели круглого сечения диаметром 6–12 мм. Присоединительная резьба кабельных вводов G1/2. Подробнее об этом в [6].

Взрывозащищённые видеокамеры

Взрывозащищённые видеокамеры представлены моделями МК ВК тип-1, тип-3, тип-5 и тип-7, МК ВК FISHEYE, подвесными купольными видеокамерами МК PTZ. 

По внешнему виду и конструктивно это цилиндрические стойки с размещёнными внутри сервоприводами, обеспечивающими вращение устройства в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

В табл. 2 представлены технические характеристики взрывозащищённых видеокамер разных типов.
Пример маркировки устройства и расшифровки характеристик взрывозащищённой видеокамеры:

1 – Обозначение серии видеокамеры: Орион МК ВК тип-3 – взрывозащищённая видеокамера.
2 – Тип видеомодуля: IP – IP-камера + PoE; AHD – аналоговая камера.
3 – Разрешение матрицы: 2–12 MP.
4 – Материал корпуса: А – алюминиевый сплав; С – низкоуглеродистая сталь; Н – нержавеющая сталь.
5 – Тип кабельного ввода:
К – под кабель для открытой прокладки;
Б – под бронированный кабель;
Т1/2 – под прокладку кабеля в трубе с присоединительной резьбой G1/2;
Т3/4 – под прокладку кабеля в трубе с присоединительной резьбой G3/4;
КМ10 – под кабель в металлорукаве 10 мм;
КМ12 – под кабель в металлорукаве 12 мм;
КМ15 – под кабель в металлорукаве 15 мм;
КМ20 – под кабель в металлорукаве 20 мм.
6 – Наличие и величина угла ИК-подсветки (при отсутствии – без обозначения):
ИК10 – узкоуго́льная подсветка с углом 10°;
ИК60 – подсветка с углом 60°;
ИК80 – широкоуго́льная подсветка 80°.

Особенности видеокамер ОРИОН МК ВК PTZ 

Видеокамера с опорно-поворотным устройством предназначена для безопасного и эффективного видеонаблюдения за объектами в условиях возможного присутствия взрывоопасной среды (рис. 9). 

Для установки средств видеофиксации на опорно-поворотном механизме предусмотрен выносной кронштейн в двух исполнениях: для монтирования отдельной видеокамеры либо для видеокамеры с дополнительным блоком мощной ИК-подсветки в отдельном корпусе. Устройство обеспечивает угол вращения в горизонтальной и вертикальной плоскостях до 360°, что практически позволяет охватить любую область и исключает возникновение слепых зон. Корпус опорно-поворотного устройства и термокожуха изготовлен из коррозионностойкой стали специально для возможности эксплуатации в агрессивных и взрывоопасных средах. 

Управление устройством осуществляется по протоколу Pelco-D/Pelco-P через интерфейс RS-485 с ПК либо посредством дополнительного контроллера управления, ПДУ. Адрес устройства, скорость интерфейса RS-485 и тип протокола управления устанавливаются с помощью микропереключателей-джамперов в процессе настройки и подключения оборудования. Подробнее о взрывозащищённых видеокамерах в [2].

Дополнительное оборудование

Термокожухи и видеокамеры серии «Тип-1» могут комплектоваться омывателем стекла. Тогда устройство обеспечивает подачу омывающей жидкости в комплекте с системой очистителя поверхности стекла термокожуха камер видеонаблюдения как дополнительный компонент (опция СМ) для работы в качестве элемента мониторинговых систем в службе безопасности, во взрывоопасных зонах или зонах общепромышленного назначения в зависимости от варианта исполнения. Устройство состоит из ёмкости для омывающей жидкости с погружным насосом и электроклапаном, выносного блока управления подачи жидкости с электронным контроллером управления, форсунки для распыления омывающей жидкости на поверхность стекла (рис. 10). 

Гибкий шланг со специальной укладкой позволяет делать полный оборот платформы на 360°. Степень защиты ёмкости омывателя IP67, выносного модуля управления IP66 по ГОСТ 14254-96 (IEC 60529:2013) предполагает широкие возможности и условия эксплуатации в различных климатических зонах (УХЛ1, ХЛ1 и др.) в диапазоне температур –30…+50°С. При этом тип атмосферы II или III по ГОСТ 15150-69. Минимальная температура работоспособности устройства определяется температурными свойствами жидкости, заправленной в резервуар.

Омыватель выпускается в вариантах:

• омыватель стекла термокожуха общепромышленного назначения (без средств взрывозащиты);
• омыватель стекла термокожуха, имеющий взрывобезопасное исполнение по ГОСТ 31610.0-2014 (IEC 60079-0:2011) для применения в шахтах (рудниках), опасных по рудничному газу (метану) или по воспламенению горючей пыли;
• омыватель стекла для взрывоопасных зон помещений и наружных установок согласно присвоенной маркировке взрывозащиты РВ Ex d I Mb/ 1Ex d IIC T6 Gb/ Ex tb IIIC T800C Db, ТР ТС 012/2011, ГОСТ IEC 60079-14-2013, ГОСТ 31438.2-2011 (EN 1127-2:2002), ГОСТ Р МЭК 60079-14-2013, классификации гл. 7.3 ПУЭ и других директивных документов, регламентирующих применение электрооборудования во взрывоопасных зонах.

Сюда же относятся НПА, регламентирующие применение электрооборудования в подземных выработках шахт, рудников и наземных строениях, опасных по рудничному газу или зонах взрывоопасных пылевых сред. К примеру, окружающая среда может содержать рудничный газ (метан) – категория I, взрывоопасные смеси газов и паров с воздухом – категории IIA, IIB и IIC по ГОСТ IEC 60079-10-1-2013, а также горючие пыли – категории IIIA, IIIB и IIIC по ГОСТ IEC 60079-10-2-2013. Материал корпуса бака и устройства управления омывателя – нержавеющая сталь марки 12Х18Н10Т.

Взрывозащищённые мониторы и комплексы

В современных реалиях с помощью программной интеграции организовано взаимодействие видеонаблюдения и систем оборудования ОПС и СКАД с рядом явных преимуществ. В цифровом виде обеспечены настройка режимов и создание конфигураций РЭА, опрос датчиков и контроллеров, управление объектовыми приборами, вывод информации на мониторы и серверы с визуальным наблюдением состояния среды и местности с ближайших камер. Взрывозащищённые мониторы разработаны для установки в местах, где велика или ожидаема рисковая опасность взрывоопасных ситуаций и их последствий, неустойчивых в вибрационном отношении сред, а также неблагоприятных погодных условий. Применение монитора оправдано в отраслях и установках с РЭА в нефтеперерабатывающей промышленности, распределительных хранилищах углеводородного топлива, химической и фармацевтической промышленности, горнодобывающей промышленности, гражданском строительстве в опасных средах, полиграфии и других.

Наиболее востребованы разработчиками мониторы модельного ряда МК MONITOR (компл. 01, компл. 02, компл. 03) во взрывозащищённом исполнении. Однако это не означает, что не разрабатываются и не выпускаются другие по тому же назначению – для воспроизведения видеосигнала и визуального отображения информации, поступающей на пост оператора по сетям для отслеживания технологических процессов в производственной сфере, в системе безопасности и контроля доступа, а также аварийных ситуаций, охраны объектов, учёта и анализа, в том числе в системах контроля логистики.

К примеру, мониторы ВК PTZ (рис. 11) и с приставкой «авто» (для систем с РЭА на автомобильном шасси) с диагональю от 14 до 21 дюйма.

Крышка корпуса является несъёмной, так как между сопрягаемыми деталями находится герметик. Крышка зафиксирована на корпусе с помощью винтов, расположенных по периметру. Внутри корпуса расположена монтажная пластина, матрица, нагревающая пластина и элементы защиты от перегрева. Матрица монитора размещена на оптимальном расстоянии от светопропускающей части для циркуляции теплового потока от греющей пластины, обеспечивая бесперебойную работу в условиях низких температур до –55°С. На монтажной панели внутри корпуса находятся клеммы электрического соединителя, к которым подводится питание. Подвод кабеля питания к клеммам осуществляется с помощью сертифицированных кабельных вводов (КВ) через монтажный отсек. Монтажный отсек выполнен в единой конструкции с корпусом монитора и находится на тыльной стороне. Для удобства настройки и замены модулей в монтажном отсеке предусмотрена съёмная резьбовая крышка, дополнительно зафиксированная стопорным винтом.

В монтажном отсеке располагаются интерфейсы для подключения монитора, экстендера. Возможна установка дополнительных кнопок управления монитором сбоку монтажного отсека по согласованию. На лицевой части поверх светопропускающей части может устанавливаться сенсорный экран, подключаемый через искробезопасный барьер (БИЗ). Контакты БИЗ выведены наружу через кабельный ввод (КВ-ниппель) в коммутационную коробку, служащую для удобства соединения искробезопасных внешних цепей и защиты от загрязнений. Коммутационная коробка обеспечивает дополнительную защиту мест соединения проводников и разъёмов от окружающей среды IP66.  

Работа комплекса взрывозащищённого видеонаблюдения представляется взаимосвязью видеокамеры в специальном кожухе, взрывозащищённого коммутатора (рассмотрено выше), системы передачи данных на сервер и непосредственно монитора в защищённом исполнении. При этом система для автомобильного шасси имеет своеобразные особенности. Видеокамера по определению функционала обеспечивает преобразования оптического изображения в электрический сигнал с последующей передачей по кабельным сетям на отдельный видеомонитор в кабине водителя. Это происходит в том числе в условиях возможного присутствия взрывоопасных либо агрессивных сред. С помощью модуля мощной ИК-подсветки видеокамеры позволяют вести видеосъёмку как в дневное время, так и в условиях недостаточной видимости (сумерки, ночь). К примеру, комплект видеонаблюдения предотвращения столкновений «Орион Авто» предназначен для своевременного оповещения машиниста железнодорожного состава о наличии людей, транспортных средств или иных факторов, имеющих критичное значение, а также для предотвращения столкновения или наезда на препятствия и людей. Комплект состоит из монитора, до 4 видеокамер, коммутатора и элементов для подключения. В зависимости от комплектации такие устройства применяются в местах, где маловероятно присутствие взрывоопасной газовой смеси (зона 2) или где вероятность появления взрывоопасной газовой смеси позиционируется высокой (зона 1).

В табл. 3 приведены технические данные для взрывозащищённых комплексов и мониторов, предназначенных для транспортных объектов.

Структура условного обозначения для основных типов взрывозащищённых мониторов для транспорта выглядит так:

1 – Обозначение серии видеокамеры: Орион Авто – взрывозащищённый комплект видеонаблюдения предотвращения от столкновений.
2 – Материал корпуса: А – алюминиевый сплав; Н – нержавеющая сталь.
3 – Диагональ видеомонитора в кабине водителя (в дюймах): 7; 10; иное.
4 – Количество видеокамер: от 1 до 4 шт.
5 – Тип кабельного ввода:
К – для открытой прокладки кабеля диаметром 6,5–13,9 мм; 
1/2ТВ – для прокладки кабеля диаметром 6,5–13,9 мм в трубе с присоединительной внутренней резьбой G1/2;
1/2ТН – для прокладки кабеля диаметром 6,5–13,9 мм в трубе с присоединительной наружной резьбой G1/2;
Б – для прокладки бронированного кабеля с диаметром внутренней оболочки 6,5–13,9 мм; 
Б2 – для прокладки с двойным уплотнением бронированного кабеля с наружной частью диаметром 12,5–20,9 мм и диаметром внутренней оболочки 6,5–13,9 мм; 
КМ10 – для прокладки кабеля диаметром 3,1–8,6 мм в металлорукаве РЗЦХ-10; 
КМ12 – для прокладки кабеля диаметром 3,1–8,6 мм в РЗЦХ-12;
КМ15 – для прокладки кабеля диаметром 6,1–11,7 мм в РЗЦХ-15; 
КМ20 – для прокладки кабеля диаметром 6,5–13,9 мм в металлорукаве РЗЦХ-20.

Стандартным (базовым) является ввод под 12 мм металлорукав М20КМ12.

Мониторы предназначены не только для военной промышленности и критической инфраструктуры, но и для различных производственных отраслей, в том числе в горнопромышленном комплексе по добыче полезных ископаемых подземным или открытым способом. Окружающая среда может содержать взрывоопасные смеси газов, пары с воздухом, пыли категории IIB+H2, IIC и IIIC, включая IIA, IIB, IIIA, IIIB. Взрывозащищённые мониторы различается материалом корпуса, светопропускающей части, типу установки, габаритами и маркировкой взрывозащиты. На рис. 12 представлен монитор комплектации 2 во взрывозащитном корпусе.

На рис. 13 представлена схема типовых соединений модулей и блоков комплекта взрывозащитного монитора и камер видеонаблюдения.

Маркировка взрывозащиты в зависимости от комплектации видеокомплекса приведена в табл. 4.

Структура условного обозначения для основных типов взрывозащищённых мониторов выглядит так:

1 – Наименование «МК MONITOR».
2 – Комплектация согласно табл. 4: 01–03.
3 – Диагональ монитора М – в дюймах.
4 – Материал корпуса: A – алюминиевый сплав; С – низкоуглеродистая сталь с порошковым окрашиванием; Н – нержавеющая сталь без окрашивания.
5 – Комплектное оборудование в составе изделия; пример: 1 – при наличии сенсорного экрана Touchpad.
6 – Трёхзначный номер, указывающий исполнение монитора в зависимости от применяемых комплектующих. Присваивается монитору с особым набором опций и характеристик.

Приведённые в табл. 4 характеристики практически поясняются так. МК MONITOR комплектации 01 с несколькими видами взрывозащиты в соответствии с ГОСТ 31610.0-2014 (IEC 60079-0:2011), «db» – оборудование с видом взрывозащиты «взрывонепроницаемые оболочки по классу “d”» по ГОСТ IEC 60079-1-2013, «mb» – оборудование с видом взрывозащиты «герметизация компаундом “m”» по ГОСТ 31610.18-2016 / IEC 60079-18:2014, «eb [ib]» – повышенная защита вида «е» по ГОСТ 31610.7-2017 (IEC 60079-7:2015). А также – оборудование с видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь “i”» по ГОСТ 31610.11-2014 / IEC60079-11:2011, «tb» – оборудование с защитой от воспламенения пыли оболочками «t» по ГОСТ IEC 60079-31-2013. Внешняя искробезопасная цепь интерфейса USB для подключения сенсорного экрана: U_m = 250 В, U₀ = 6,3 В, I_о = 0,35 А, С₀ = 30 мкФ, L_о = 0,25 мГн, P0 = 0,95 Вт. Искробезопасные параметры сенсорного экрана: U_i = 6,8 В, I_i = 1 А, С_i = 17,6 мкФ, L_i = 5 мкГн, P_i = 1,7 Вт. Комплектация относится к группе электрооборудования II и III по ГОСТ 31610.0-2014 (IEC 60079-0:2011) с предназначением для взрывоопасной зоны 2 (окружающая среда может содержать взрывоопасные смеси газов, паров с воздухом IIA, IIВ+Н2 и пыли категории IIIА, IIIB, IIIC).

Такие комплексы изготавливаются из алюминиевого сплава, нержавеющей стали или низкоуглеродистой стали. При изготовлении монитора для рудников и шахт легкосплавные материалы (алюминиевый сплав) не применяются. Материал светопропускающей части – монолитный поликарбонат или (опционально) закалённое стекло. Варианты оборудования по комплектации 02 и 03 можно уточнить в [6]. 

Выводы

Корпуса и боксы для защиты от поражения осколками и «агрессивными» предметами и способами продолжают совершенствоваться в разных форм-факторах – под типовые или оригинальные электронные устройства. Современные защитные корпуса и боксы делают из радиационно-безопасного материала, устойчивыми к механическому воздействию извне и нагреву от внешней среды (возгорания, пожара). Особенными считаются герметично запираемые корпуса и боксы в форме полых конструкций, но с двойной стенкой (на манер колбы термоса), со сварными элементами фланцев, штуцеров, разъёмных соединений для установки кабельных вводов и съёмных крышек. Взрывозащитные боксы предназначены для универсального применения.

И не только для военной промышленности и критической инфраструктуры, но и для различных производственных отраслей, в том числе востребованы в горнопромышленном комплексе по добыче полезных ископаемых подземным или открытым способом. Взрывозащищённые комплексы, в составе которых видеокамеры и мониторы различаются материалом корпуса, опорно-поворотными механизмами, светопропускающей частью, типом уста-новки, габаритами, дополнительным оборудованием, и в целом решают актуальные задачи обеспечения безопасности людей, производственных линий, кабельных соединений линий связи, датчиков, сбора и передачи данных на значительные расстояния. 

То есть соответствуют вызовам не только сегодняшнего, но и завтрашнего дня. ●

Литература

1. Анализ повреждений взрывонепроницаемых соединений взрывозащищённого электрооборудования // URL: https://gekoms.org/2019/12/17/analiz-povrezhdenij-vzryvonepronicaemyh-soedinenij-vzryvozashhishhennogo-jelektrooborudovanija/. 
2. Взрывозащищённая видеокамера ОРИОН МК ВК PTZ // URL: https://smd-tlt.ru/124.
3. Кашкаров А.П. Аккумуляторы. : справочник. М.: РадиоСофт, 2016. 192 с.
4. Коммутатор сетевой взрывозащищённый ПКВ Орион МК СК // URL: https://smd-tlt.ru/66. 
5. Любочкин А. Специфика применения взрывозащищённого оборудования на объектах, опасных по возникновению горючих газовых и пылевых сред // URL: https://www.aktivsb.ru/statii/spetsifika_primeneniya_vzryvozashchishchennogo_oborudovaniya_na_obektakh_opasnykh_po_vozniknoveniyu_goryuchikh_gazovykh_i_pylevykh_sred.html.
6. Монитор взрывозащищённый Орион МК MONITOR // URL: https://smd-tlt.ru/69.
7. Термокожухи взрывозащищённые с охлаж-дением серии Орион МК ВО // URL: https://smd-tlt.ru/67.
8. Ткачук А.Н. и др. Проблемы ремонта взрывозащищённого электрооборудования // URL: https://masters.donntu.ru/2010/etf/mashnikov/library/article5.htm.

© СТА-ПРЕСС, 2024