Чебыкина С.А.

 

Обзор конструкций взрывозащищенных магнитоконтактных охранных извещателей.

Историческая справка
Началом развития  охранных магнитоконтактных  извещателей можно считать  1922 год, когда в Петербурге профессором В. Коваленковым был изобретен первый магнитоуправляемый контакт, за что ему было выдано авторское свидетельство СССР №466. Это был самый первый магнитоконтактный точечный датчик, только без герметизирующей оболочки. В 1936 году независимо двумя учёными — профессором Ленинградского электротехнического университета С. К. Улитовским и инженером американской компании Bell Telephone Laboratories Уолтером Эллвудом было предложено поместить эти магнитоконтакты в герметичную оболочку, что сразу на два порядка увеличило надежность магнитоконтактного датчика (геркона) по сравнению с  датчиком с открытыми  электрическими контактами. Уже с начала 40-х годов прошлого века герконовые датчики начинают активно использоваться в качестве охранных извещателей, датчиков конечных положений механизмов, герконовых реле и командоаппаратов, сигнализаторов вскрытия и т.п. Промышленное производство советских герконов и герконовых реле было начато на ленинградском заводе «Красная заря». 25 ноября 1966 года Приказом Министра электронной промышленности СССР № 161С было предписано организовать специализированное производство герконов Рязанскому металлокерамическому заводу, созданному в 1963 году. Годовой выпуск герконов заводу предписывалось довести к 1975 году до 25 млн штук, а уже к началу 1990-х годов объём производства вырос до 230 млн штук, что составляло примерно четверть мирового рынка магнитоконтактных датчиков. В настоящее время 12 мировых фирм-производителей реализуют на рынке более 800 млн. штук герконов в год, 12% которого потребляют производители систем безопасности.

Что касается взрывозащищенных охранных магнитоконтактных извещателей, то они кроме наличия у них охранных технических характеристик по стандартам [1, 2] должны еще соответствовать требованиям технического регламента [3] и ряду стандартов на взрывозащищенное оборудование.

Первыми рыночными моделями взрывозащищенных магнитоконтактных извещателей охранных (ИО 102 по классификации стандарта [2]) стали модели (рис.1) с видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь "i"» , выполненные и сертифицированные на соответствие требованиям стандарта [4], согласно которому энергия, подводимая к извещателю ограничивается внешним барьером искрозащиты до такого уровня, что любое повреждение внутри извещателя не может вызвать искру или перегрев его корпуса, кроме того стандарт [4] ограничивает емкость и индуктивность составных частей извещателя, включая и присоединенный кабель, которые могут накапливать энергию. Охранные извещатели ИО102 с таким видом взрывозащиты и с уже присоединенным кабелем определенной марки и длины, присутствуют в номенклатуре практически всех производителей взрывозащищенных ИО102, чему способствовали низкие величины собственной емкости и индуктивности герконов [5] и относительно небольшие затраты на подготовку производства, обусловленные низкими требованиями стандарта [4] к прочности корпуса извещателя и усилиям выдергивания кабеля из него.

Рис. 1. Внешний вид взрывозащищенного магнитоконтактного извещателя с видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь "i"» с постоянно присоединенным кабелем.

Ценовой диапазон таких извещателей самый низкий в классе взрывозащищенных извещателей (1500-2500 руб.), но он обманчив. Реальные затраты становятся понятны, когда заказчик начинает считать стоимость всего проекта охранной сигнализации. Подключить такой охранный извещатель в систему сигнализации проектант должен через взрывозащищенную коробку (1000-7000 руб.), и далее специальными кабелями к барьеру искрозащиты (3000-7000 рублей), который надо подключать к своему источнику питания и своим кабелем нагрузки, да еще изолировать барьер дополнительным шкафом от внешних повреждений, кроме этого нужно выполнить эквипотенциальное заземления барьера искрозащиты, которое зависит от способа заземление охранного извещателя [6].

Немного о специальных кабелях в искробезопасной системе сигнализации. Кабель способен накапливать энергию за счет собственной емкости и индуктивности и может в «ненужный» момент выдать эту неконтролируемую энергию как на извещатель, размещенный во взрывоопасной зоне, так и на барьер искрозащиты по кабелю нагрузки от его собственного источника питания. Стандарты [4, 7, 8] на проектирование систем электроустановок с видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь "i"» требуют ограничения емкости, индуктивности и сопротивления соединительных кабелей на уровне их разницы между сертифицированными значениями барьера искрозащиты для конкретной категории взрывоопасной смеси и датчиком, что ограничивает их длину. Например, у взрывозащищенного охранного магнитоконтактного извещателя модели ИО102-ВЗ «Атон» [9] собственная индуктивность и емкость составляют Li=10мкГн, Ci=100пФ, а допустимые для подключения к барьеру искрозащиты модели БИС–А-109 индуктивность и емкость искробезопасных цепей составляют Lо=500мкГн и Cо=1000пФ для водорода-воздушной смеси (группа 11С), т.е. индуктивность и емкость кабеля с данным барьером не должны превышать 490мкГн, 900пФ. Согласно данным источника [10] индуктивность и емкость кабеля зависят не только от его конструкции, но от сечения жил и частоты протекающего по нему сигнала и составляют для таких специальных кабелей 550-850 мкГн/км и 48-138 нФ/км, которые еще не так просто измерить.

Сложности проектанту системы охранной сигнализации во взрывоопасной зоне для извещателей с постоянно присоединенным кабелем добавил также технический регламент [11], согласно которому система должна «сохранять работоспособность в условиях пожара в течение времени, необходимого для выполнения их функций и эвакуации людей в безопасную зону", это значит, не каждый кабель присоединенный «намертво» на заводе производителем к извещателю подойдет к конкретному объекту по огнестойкости, да еще с требуемой ёмкостью и индуктивностью.

Все вышесказанное требует от проектировщиков и эксплуатирующих организаций систем охранной сигнализации с видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь "i"» определенной квалификации и навыков, что вызывает их естественное тяготение к использованию электрооборудования с традиционным видом взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка «d» по стандарту [12]. Хотя теоретически считается, что вид взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь "i"» имеет меньшую вероятность воспламенения взрывоопасной смеси, тем не менее статистика утверждает, что «в течении 50 лет использования не было сообщений об аварии из-за применения взрывонепроницаемой оболочки» [13].

«Первой ласточкой» в устранении проблем вышеописанных извещателей с видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь "i"» и постоянно присоединенным кабелем стал выпуск предприятием ЗАО НПК «Эталон» [14] двухблочных (модели ИО102-1В-01и 02)) и одноблочных (модели ИО102-1В-03 и 04) взрывозащищенных охранных магнитоконтактных точечных извещателей с видом взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка «d» по стандарту [12] в трубчатом корпусе с наружным диаметром 32 мм и со сменным (под заказ) взрывозащищенным кабельным вводом. Используя такие извещатели проектанту уже не надо обращать внимание на емкость и индуктивность кабелей, выбирать и защищать барьер искрозащиты, а сменный кабельный ввод позволил применять практически любые виды прокладки кабелей на объекте (в трубах, металлорукаве, бронированный кабель), разрешенные нормативами [7, 15]. Конструкции двухблочных и одноблочных моделей взрывозащищённых извещателей были защищены служебными патентами [16, 17], но удивительно, что «родное» предприятие перестало поддерживать их в силе, прекратив уплату годовых патентных пошлин, чем сразу воспользовались другие предприятия сертифицировав и выпустив на рынок аналогичные модели двухблочных извещателей (рис.2) в конструкции по патенту [16]. В частности модель ИО102-МК Н «Атон» [9] и модель Ех ИО102 МК N [18] и перетянув к себе значительную долю многомиллионного рынка таких извещателей. Но «первое» всегда имеет некоторые недостатки, которые для технического решения [16] выразилось в ненадежности внутреннего заземления взрывозащищенного устройства и неудобном монтаже извещателя на объекте эксплуатации – монтажник на объекте полностью разбирает взрывозащищенный извещатель для присоединения жил кабеля к клеммам, а затем уже «вслепую» вставляет всю сборку внутренностей с герконом и тяжелым кабелем обратно в корпус.

Рис.2. Взрывозащищенные двухблочные охранные магнитоконтактные извещатели в трубчатом корпусе конструкции по патенту [16] трех разных российских производителей.

Наибольшую активность по совершенствованию конструкций взрывозащищённых охранных магнитоконтактных точечных извещателей проявило предприятие ООО «Ех-прибор» [19] получив за 3 года 7 патентов на их новые конструкции и вторично сертифицировав обновленный модельный ряд (рис.3) на соответствие регламенту [3].

Рис.3. Модельный ряд взрывозащищенных охранных магнитоконтактных извещателей предприятия ООО «Ех-прибор».

Для начала ими было предложено [20] разместить блок геркона в коробчатом корпусе, что устраняло недостатки конструкции по патенту [16], но увеличивало стоимость извещателя. Дальнейшая работа предприятия [21, 22] позволила создать бюджетные магнитоконатктные взрывозащищенные извещатели с видом взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка «d» по стандарту [12] и в трубчатом корпусе как с постоянно присоединенным кабелем (модели ЕхИО102-1/10 и ЕхИО102-1/13), так и со сменным кабельным вводом (модели ЕхИО102-1/50 и ЕхИО102-1/55). Надо отметить, что техническое решение [21], реализованное в модели извещателя ЕхИО102-1/50, впервые позволило уменьшить диаметр трубчатого ИО102 во взрывонепроницаемом корпусе с 32 м до 22 мм и выполнить в нем стандартную резьбу М20х1,5, что позволило использовать широкую номенклатуру сменных взрывозащищённых кабельных вводов, выпускаемых специализированными предприятиями РФ [23, 24].

Все вышесказанное относится к магнитоконтактным охранным извещателям с одним или двумя штатными герконам и выходным релейным сигналом типа «сухой контакт», без каких-то дополнительных сервисных опций.

Новый «виток гонки» по совершенствованию конструкций ИО102 задали специалисты НИЦ «Охрана» Росгвардии [25, 26]. Проведенный ими анализ «успешных» преступлений показал, что все они совершены технически подготовленным и «квалифицированными» нарушителями, и в связи с этим ими был начат коренной пересмотр стандартов на все охранные извещатели.

На сегодняшний день уже действует стандарт [2] и подготовлены изменения в [1]. Согласно этим нормативам технические средства охраны подразделяются на 4 класса с разными дополнительными функциями, позволяющими обнаружить умышленное воздействие и неблагоприятные факторы, нарушающие их нормальное функционирования. Применительно к магнитоконтактным извещателям эти функции должны обеспечивать выявление следующих саботажных действий нарушителя:

- воздействие на извещатель полем внешнего саботажного магнита (ВМ);

- открытие крышки извещателя (ОК) с целью принудительной коммутации его выходного сигнала (контактов геркона);

- смещение (снятие) в сторону вместе с кабелем, предварительно скрепленных между собой, блока магнита и блока геркона извещателя с монтажной поверхности объекта контроля (МП).

Производители магнитоконтактных охранных извещателей уже отреагировали на грядущие изменения нормативной базы. В частности, предприятием ООО «Комплектстройсервис» г. Рязань [27] начат серийный выпуск не взрывозащищенного магнитоконтактного извещателя ИО102-50 «Кенар», у которого два геркона разделены магнитным экраном. Герконы извещателя реагирует на штатный и внешний саботажный магниты соответственно.

Подобные решения [28, 29] для взрывозащищенных охранных магнитоконтактных извещателей освоило в производстве ООО «Ех-прибор» [19], снабдив ряд выпускаемых, взрывозащищенных извещателей сервисными опциями: ОК, ВМ и МП, позволяющими получить от извещателя дополнительные информационные сигналы о несанкционированном открытии крышки, поднесении внешнего магнита и отрыва извещателя от монтажной поверхности.

Для сокращения числа жил кабеля от извещателя с такими дополнительными опциями до пульта предприятие по заказу снабжает свои извещатели нормирующим преобразователем состояния датчиков и их комбинаций в извещателе в однозначный унифицированный токовый сигнал 4-20 мА [30, 31].Это открывает новые возможности для проектировщиков по интегрированию (или эффективному дублированию) систем охранной сигнализации в уже действующую АСУТП предприятия, наряду с датчиками температуры, давления, уровня с таким же унифицированным токовым сигналом.

В свете повышения защиты магнитоконтактного извещателя от саботажных действий вызывает интерес техническое решение [32], которое первоначально разработано производителем [19] для блокировки люков цистерн бензовозов, но применимо к любому существующему ИО102. Решение позволяет повысить пассивную защиту извещателя от вышеуказанных саботажных действий. Суть решения заключается в замене имеющегося блока магнитов извещателя антисаботажным кожухом (марка Э-МП у производителя [19]), внутри которого неразъемно установлен штатный магнит, а размеры кожуха таковы, что он охватывает и места крепления блока геркона извещателя. Кроме защиты от трех вышеуказанных саботажных действий, кожух Э-МП защищает извещатель от такого нового саботажного действия, к сожалению, не предусмотренного в проекте изменений в стандарт [1], как установка в щель между блоками магнита и геркона извещателя тонкого магнита и принудительное его удерживание при несанкционированном открывании двери. Появлению такого вида саботажа способствовало развитие технологии производства постоянных магнитов на основе редкоземельных металлов (самарий-кобальт и неодим-железо-бор), что позволило начать массовую продажу тонких (от 0,5 мм) магнитов с большой магнитной силой, достаточной для активации штатного геркона извещателя.

Отдельно надо отметить прогресс в увеличения разнообразия выходных сигналов охранных и пожарных извещателей, включая и магнитоконтактные, что позволяет создавать на этой основе эффективные системы сигнализации. Кроме описанного выше «сухого контакта» и интерфейса в виде широко распространённой в средствах автоматизации технологических процессов токовой петли 4-20 мА, активно развивается направление по снабжению извещателей адресными метками, что позволяет по двухпроводной линии связи с контролером (пультом охраны) установить адрес и состояние извещателя.

Собственные протоколы обмена данными и адресные метки имеют и предоставляют пользователю многие производители систем безопасности. В частности, ЗАО НВП «Болид» [33] на основе своей адресной метки С2000-АР1 серийно выпускает общепромышленные магнитоконтактные адресные извещатели с постоянно присоединенным кабелем длиной 1,5 м моделей "С2000-СМК", "С2000-СМК исп.01", "С2000-СМК исп.01 (IP68)", "С2000-СМК ЭСТЕТ». Такой же адресной меткой (опция АМ) по заказу снабжает свои взрывозащищенные магнитоктактные извещатели и ООО «Ех-прибор» [19].

В проекте изменений стандарта [1] предусмотрены конструкции магнитоконтактные извещателей с процессором, которые кроме всего прочего должны обеспечивать и световую индикацию состояния извещателей, что вполне разумно, т.к. охрана объекта производится и периодическим обходом его территории.

Общепромышленные магнитоуправляемые извещатели со световой индикацией состояния выпускает НПО «Сибирский Арсенал» (модель Полюс Х2) на основе датчика Холла [34] и группа компаний «Рубеж» (модель ИО 10220-2) на основе геркона со своей адресной меткой [35].

Подобные извещатели со световой индикации (сервисные опции ИП и ИП-АМ) присутствуют и в номенклатуре взрывозащищённых магнитокотактных охранных извещателей у производителя [19], которые включаются в шлейф неадресной или адресной пожарной сигнализации и работают аналогично извещателю пожарного ручного (ИПР) по стандарту [36].

 

Список литературы:

1. ГОСТ Р 54832-2011 Извещатели охранные точечные магнитоконтактные. Общие технические требования и методы испытаний.
2. ГОСТ Р 52435-2015. Технические средства охранной сигнализации. Классификация. Общие технические требования и методы испытаний.
3. ТР ТС 012/2011 О безопасности оборудования для работы во взрывоопасных средах.
4. ГОСТ Р МЭК 60079.11-2010 Взрывоопасные среды. Часть 11. Искробезопасная электрическая цепь "i"
5. Магнитоуправляемые контакты (герконы) и изделия на их основе. Монография /С.М. Карабанов, Р.М. Майзельс, В.Н. Шоффа, под.ред. д.т.н. профессора В.Н. Шоффа-Долгопрудный ,Издательский дом «Интелект»,2001-408 с.
6. Жданкин В.К. Барьеры искрозащиты на стабилитронах: критерии выбора и особенности применения, журнал «Современные технологии автоматизации» , № 2,2003г. с.72-84
7. ГОСТ IEC 60079-14-2013 Взрывоопасные среды. Часть 14. Проектирование, выбор и монтаж электроустановок
8. ГОСТ Р МЭК 60079-25-2012 Взрывоопасные среды. Часть 25. Искробезопасные системы.
9. Каталог продукции предприятия ООО «Компания СМД», https://smd-tlt.ru
10. Хвостов Д.В., Кочеров А.В., Измерение параметров кабелей для искробезопасной полевой шины (FISCO), журнал «Экспозиция нефть газ» №2 2016 с.57-62.
11. Федеральный закон "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности" от 22.07.2008 N 123-ФЗ (с изменениями на 27 декабря 2018 года).
12. ГОСТ IEC 60079-1-2013 Взрывоопасные среды. Часть 1. Оборудование с видом взрывозащиты «взрывонепроницаемые оболочки «d».
13. Жданкин В.К., Некоторые вопросы обеспечения взрывобезопасности оборудования, журнал «Современные технологии автоматизации», № 2,1998г. с.98-106.
14. Каталог продукции предприятия ЗАО «НПК Эталон», http://npk-etalon.ru
15. ПУЭ Правила устройства электроустановок. 7-е издание
16.; Патент РФ на полезную модель №123219 (Эталон двухблочная модель)
17. Патент РФ на полезную модель № 124044 (Эталон одноблочная модель)
18. Каталог продукции предприятия ООО «НПП Магнитоконтакт» http://m-kontakt.ru/
19. Каталог продукции предприятия ООО «Ех-прибор», https://ex-pribor.ru
20. Чебыкина С.А., Тыртышный В.А. Новые конструкции взрывозащищенных охранных магнитоконтактных извещателей, журнал «Приборы», №9, 2018, с.6-12.
21. Патент РФ на полезную модель № 168163 (ЕхИО102-1/55)
22. Патент РФ на полезную модель № 190447 (ЕхИО102-1/50)
23. Каталог продукции предприятия   «Блок» http://block-ex.ru/
24. Каталог продукции предприятия «НордЭкс» https://nord-ex.ru/
25. Рябцев Н.А., Точилова О.Г., Козлов В.А., Новая система классификации средств обнаружения для особо важных объектов. Журнал «Алгоритм безопасности» №3, 2018. с.70-71.
26. Рябцев Н.А., Федин А.Н., Метелева Н.Г. Особенности применения средств безопасности на объектах высоких категорий. Журнал «Алгоритм безопасности» №5, 2018, с.32-34.
27. Каталог продукции предприятия «Комплектстройсервис» https://kssrr.ru/
28. Патент РФ на полезную модель № 187023 (ЕхИО102-1/60 ОК,ВМ,МП5)
29. Патент РФ на полезную модель № 188798 (ЕхИО102-1/57 ОК,ВМ,МП5)
30. Патент РФ на полезную модель № 191575 (4-20 мА)
31. ГОСТ 26.011-80. Средства измерений и автоматизации. Сигналы тока и напряжения электрические непрерывные входные и выходные (с Изменениями N 1, 2)
32. Патент РФ на полезную модель № 191095. (кожух Э-МП)
33. Каталог продукции предприятия ЗАО НВП «Болид» https://bolid.ru/
34. Каталог продукции предприятия НПО «Сибирский Арсенал» https://arsenal-sib.ru/
35. Каталог продукции группы компаний «Рубеж» http://td.rubezh.ru/
36.ГОСТ Р 53325-2012 Техника пожарная. Технические средства пожарной автоматики. Общие технические требования и методы испытаний (с Изменением N 1)