Сразу хочу сказать, что я считаю, что так делать нельзя, но заказчик настаивает об этом. Вот, в сущности, вопрос: можно ли на три метра передавать сигнал по протоколу I2C снизив частоту до 20-50 кГц? Есть ли у кого реальные работы, где это использовалось? И как вели себя устройства?

Делал. Правда очень давно.
Выносной пульт с светододными индикаторами был сделан на CE110 от КТЦ-МК - показывал и управлял прибором. Кабель был как раз около трех метров - экранированный. Работало на 24кГц. Глюков не было

Длина не регламентирована стандартом. Оговорена макс емкость - 400 рФ. Минимальная частота SCL для стандартного и быстрого режимов по стандарту 0 kHz.

делал года три назад при длине неэкранированного плоского кабеля 8м систему измерения температу-
ры.Частота SCL-порядка нескольких кгц.Электромагнитная обстановка-хуже не придумаешь-отсек ТВ и
ЧМ-FM передатчиков,диапазон помех-от 50 до 700 Мгц.Плюс десятки импульсных источников,поэтому
диапозон до сотен кгц тоже присутствует.Применено программное мажоритирование-опрос датчиков раз в 2с-при совпадении 3 отсчетов из 4 он считается истинным.Работает стабильно,поэтому при ваших
условиях у вас должно работать тем более.

Отличный подход и результат.
В худшем случае погонная емкость коаксиала 120пФ. Для остальных кабелей будет много ниже. Выбором частоты и сопротивления подтягивающих резисторов (до 1к минимум при 5в питании) и мажоритарном опросе можно, похоже, обеспечить и большую длину. Лично мне не приходилось делать более 1 метра включая 0.75 м на насыщенной источниками помех РСВ, помещенной в корпус с 11-ю другими платами на расстоянии 25мм и спектром помех от 100 ваттного DCDC до ВЧ синтезаторов для преобразования ТV. При этом использовал программно реализованный I2C на стандартном 51-м камне.

То, что я хотел я узнал. Всем большое спасибо за ответы.