Удар молнии — впечатляющее и опасное природное явление. Известно бесчисленное множество примеров, когда молнии наносили ущерб здоровью и имуществу. Однако в отдельных случаях отсутствие молниезащиты или ошибки в её проектировании приводили к катастрофическим последствиям. Эти случаи остаются в истории как примеры силы природной стихии и неосмотрительности людей.
Глобальный масштаб
Ежедневно на Земле происходит около 10 млн ударов молний. В умеренных широтах России за час сильной грозы может произойти до 500 ударов. В среднем напряжение молнии составляет 100 млн вольт, а длина может превышать 10 км при температуре плазмы выше, чем на поверхности Солнца. Это мощнейшее природное «оружие», и количество молний растёт по мере развития глобального потепления. Поэтому исторический опыт известных происшествий, связанных с молниями, позволяет трезво оценить риски экономии на молниезащите.
Люксембургский инцидент
В крупных странах удары молний приводят к гибели десятков людей ежегодно. Но обычно это трагические случаи с участием одного-двух человек, тогда как в Люксембурге в 1807 г. молния стала причиной гибели более 300 жителей города. Во время сильной грозы молния ударила в склад оружия. Несмотря на то, что он был размещён в крепости с прочными стенами, мощный разряд мгновенно воспламенил бочки с порохом. В итоге ударная волна и последующие пожары разрушили два квартала города, что привело к гибели сотен людей.
Этот случай считается наиболее смертоносным ударом молнии в истории. Он показывает, насколько важна молниезащита на объектах повышенной опасности, таких как хранилища ГСМ и других химикатов.
Во времена Наполеона о молниезащите не позаботились. Но сегодня невозможно представить такие объекты без качественной стержневой или тросовой молниезащиты.
Тросовая молниезащиты нефтехимического объекта
Социальная катастрофа в Нью-Йорке
В 1977 г. Нью-Йорк из-за молний пережил отключение электричества, которое на сутки погрузило город в хаос. Массовые грабежи, беспорядки, разбитые витрины, группы агрессивных людей на улицах, множество застрявших в лифтах и оказавшихся в опасном положении людей — удары молний привели к катастрофе, которая стала чёрной страницей в истории Нью-Йорка.
Стечение обстоятельств, приведшее к отключению, представляет особый интерес. Всё началось с удара молнии в подстанцию на реке Гудзон июльским вечером. Эта подстанция обеспечивала преобразование энергии высоковольтной ЛЭП в напряжение для потребительских сетей. Реклоузер смог восстановить работоспособность сети. Однако менее чем через 10 минут молния ударила снова, и на этот раз была потеряна линия, подводящая 900 МВт от атомной станции. Запустить её удаленно не удалось, а на подстанции не было персонала, чтобы сделать это вручную.
В результате две другие крупные линии электропередачи оказались перегружены. Эта ситуация ещё не была необратимой, но молния ударила в третий раз — по подстанции в Йонкерсе. Две критически важные линии отключились, и только одна включилась снова. В конечном счёте, оставшиеся линии подверглись перегрузкам. Примерно час энергокомпания Con Edison боролась за восстановление работоспособности сети, но провода ЛЭП нагрелись слишком сильно и опасно провисли, сеть была отключена, и большая часть Нью-Йорка и часть пригородов погрузились во тьму. Полностью восстановить энергоснабжение города удалось лишь на следующий день. Всё это время в городе царило беззаконие, произошло более тысячи поджогов, из автосалонов похищали новые автомобили, были разграблены сотни магазинов, в том числе на Бродвее. В беспорядках были ранены 550 полицейских, более 4,5 тыс. мародеров были задержаны правоохранителями. В тоннелях без вентиляции оказались заперты тысячи автомобилистов и пассажиров метро. К счастью, беспорядки не сопровождались убийствами, но ущерб от трёх ударов молнии составил около $1,2 млрд, в пересчёте на современный курс доллара.
Качественные системы молниезащиты с правильно установленными тросовыми щитами помогли бы избежать катастрофических последствий. Хотя, по заявлению руководства энергокомпании Con Edison, три подряд удара молний — это исключительное стечение обстоятельств.
Молния против дата-центра
Когда компании Microsoft и Amazon открывали дата-центры в Ирландии, они рассчитывали на использование прохладного местного климата для охлаждения серверов. В 2011 г. этот климат родил грозу, которая стала испытанием для информационной структуры крупнейших глобальных компаний. Событие произошло в воскресенье: удар молнии взорвал трансформатор, неподалеку от дата-центров. Несмотря на наличие резервных генерирующих систем, перебоя в питании хватило для серьёзного сбоя в работе концентраторов данных, поступающих из разных стран. В итоге клиенты потеряли доступ к медицинским сервисам Amazon, произошли сбои в бизнес-приложениях Microsoft, а также приложениях других компаний. Спасти данные удалось благодаря резервным копиям, но восстановление больших объёмов данных потребовало около двух суток. Центр Microsoft стоимостью €350 млн стал жертвой молнии, обесточившей сложнейшее вычислительное производство. Таким образом, даже короткого сбоя, вызванного молнией, может быть достаточно для серьёзных неисправностей. Поэтому необходимо использование соответствующих устройств, обеспечивающих защиту от разных поражающих факторов молнии.
Басы и высокое напряжение рок-фестиваля
В 2015 г. рок-фестиваль «Rock am Ring» в немецком городе Мендиг проходил в условиях сильной грозы и привлёк не только десятки тысяч фанатов. Молния ударила в высокие металлические конструкции на сцене. Первыми пострадали восемь работников сцены, но высокое напряжение атмосферного разряда прошло через металлические решетки, провода, мокрую ткань палаток и воду, поразив множество людей. Тяжелые ранения получили 33 человека. Специфика высоковольтного удара привела к опасным и вызывающим острое чувство страха побочным явлениям, таким как резкая мышечная слабость, нарушения работы сердечно-сосудистой системы. К счастью, спасатели сработали оперативно, а толпа не поддалась панике.
Случай является показательным. Металлической крыши и ферм сценических конструкций оказалось недостаточно для защиты от молний. Организаторы сделали выводы из данного происшествия.
На фото с фестиваля «Rock am Ring» 2019 г. видны высокие мачты молниезащиты
В подобных ситуациях необходимо использование молниезащиты, например модульной. В противном случае возможны жертвы и отмена дорогостоящего мероприятия.
Бескрайние поля и неожиданный удар
В ноябре 2018 г. австралийские фермеры столкнулись с явлением, которого никогда ранее не встречали. Ночью над несколькими полями произошли «сухие» удары молний, то есть без проливного дождя, который обычно следует за грозой. В результате в разгар сезона уборки вспыхнули поля с пшеницей, пожары объединились, и пламя заняло примерно два десятка полей. В отдельных местах ширина полосы огня достигала 3 км, а протяженность — до 8 км.
В пожарах было потеряно около 3000 гектаров зерновых культур, причём в том году фермеры надеялись собрать хороший урожай. Первая уборка показала в среднем около 3,5 тонн пшеницы с гектара, что было хорошим показателем, по сравнению с неудачным 2017 г. Однако молнии нанесли убытки на общую сумму около $3,6 млн.
Пожар на австралийских полях, ноябрь 2018 г.
Ущерб мог быть намного большим, но к счастью ветер был слабый, а фермеры действовали слаженно и смогли отсечь пламя. Но пример «сухой» грозы говорит о том, что вокруг молниеотвода необходима очищенная от растений площадка, поскольку не всегда дождь может погасить очаги огня. Также неприятностей можно ожидать без явных признаков бедствия, таких как сильная гроза.
История в огне
Исторические здания часто становятся жертвами ударов молний. Это касается не только памятников архитектуры, но и старых зданий, которые используются как производственные помещения. Старые здания обычно получают значительный ущерб от молний и последующих пожаров, поэтому их молниезащите следует уделять особое значение.
В 1984 г. молния ударила во второй по древности в Европе готический собор, расположенный в городе Йорк. Это уникальное здание строилось 250 лет, и за считанные минуты молния подожгла деревянные перекрытия и уничтожила уникальные витражи. Погасить огонь удалось только к утру.
Пожар в Йоркском соборе в 1984 г. Сверху — собор после реконструкции
Пожар произошел ночью, причем вечером была жаркая и сухая летняя погода. Сумма ущерба составила £2,25 млн. Следствие установило, что молния, ударила через крышу в металлический распределительный щит, установленный в башне. Наличие металлических конструкций под деревянной крышей необходимо было учесть при установке молниезащиты.
Буря огня на складе
В июле 2009 г. на складе виски Jim Beam в штате Кентукки, США, вспыхнул пожар, причиной которого, по предварительным данным, стал удар молнии во время грозы. Пожар был крайне сложным и нанес прямой ущерб более $126 млн из-за сгоревших 5,2 млн литров алкогольной продукции. Сгорело также ценное оборудование, например тягачи и прицепы.
Пожар полностью уничтожил один из складов
Возгорание склада алкоголя — крайне сложная ситуация. Пламя от горения паров спирта и деревянных бочек очень сильное, и от него быстро загораются соседние здания. Так произошло и в Кентукки: соседний склад стал заниматься огнём. Но при этом тушение основного источника огня приводит к загрязнению окружающей среды алкоголем. Ранее при подобном пожаре на другом складе в Кентукки в соседнем водоеме погибла рыба, так как смесь воды и алкоголя просочилась в грунт и воду, отравляя все живое.
Поэтому на складе Jim Beam пожарные пытались не допустить распространения огня, но не тушили основной источник пламени. В итоге огонь бушевал более пяти часов и полностью уничтожил склад. Из-за скопившегося в бетонном подвале алкоголя, менее сильный пожар продолжался несколько дней. Жар на месте происшествия был настолько сильным, что расплавил пластиковые детали на пожарных машинах.
Подобные склады крайне уязвимы к пожарам, и автоматические системы пожаротушения должны быть защищены от ударов молний.
Символ защиты, который трудно защитить
Статуя Иисуса Христа в Рио-де-Жанейро является одним из новых семи чудес света и ежегодно привлекает около 2 млн туристов. При этом статуя сделана из железобетона и камня и расположена на высоте более 700 м над уровнем моря. Не удивительно, что в регионе с большим количеством гроз статуя подвергается ударам молний.
Молнии ударяют в статую четыре-пять раз в год, причём обычно разряды попадают в раскинутые в жесте защиты руки статуи. Фотографы со всего мира постоянно охотятся за подобными живописными кадрами
Разрушение статуи молниями происходит непрерывно, молниезащита много раз усиливалась дополнительными стержнями-молниеотводами. В настоящее время основные элементы защиты расположены в руках статуи, они представляют собой вертикальные стержни с горизонтальной полосой молниеотвода. Однако конструкция и размещение статуи не позволяют защитить её полностью, не нарушая художественную ценность объекта. Особенно сильные удары разрушают камень, как это произошло в 2014 г., когда на руке статуи откололся палец. Для ремонта памятника запасён специальный камень, но стоимость обновления молниезащиты и покрытия остается высокой. Например, в 2010 г. реставрация обошлась в $4 млн, основной исправленный ущерб — от молний. Но уже в 2014 г. понадобился новый серьёзный ремонт. В некотором смысле, статуя в Рио-де-Жанейро является символом непрерывной дорогостоящей борьбы со стихией.
Молния-сапёр
В конце августа 2019 г. молния во время сильной грозы с дождём ударила в ангар на военной базе норвежского города Киркенес. Ангар был защищён, но по стечению обстоятельств молния прошла по металлическим конструкциям ангара и молниезащиты, и попала в бомбу времён Второй мировой войны. Ангар был частично разрушен, был повреждён вертолёт. К счастью бомба была не очень мощной, и персонал базы не пострадал.
Последствия удары молнии и последующего взрыва
Для Киркенеса обнаружение «эха войны» — обычное дело, так как город подвергался бомбардировкам более трёхсот раз, и по этому показателю является одним из наиболее пострадавших в Европе. Но подрыв скрытой бомбы молнией — исключительно редкий случай. Вряд ли следствие выбрало бы эту версию в качестве основной, однако момент удара был запечатлен солдатом, который снимал на смартфон сильный ливень и грозу. Случай в Киркенесе напоминает о том, что при установке молниезащиты необходимо проверить, куда проводники отведут потенциальный заряд молнии.
Одна молния против миллиона человек
Отключение крупных электросетей от удара молний происходит нечасто — примерно раз в десять лет. Но крупное отключение всего лишь из-за одного удара — редкое событие, поскольку современные сети всё же имеют защиту от молний.
Но подобные происшествия иногда случаются, что говорит о необходимости надёжной молниезащиты каждого важного участка сети.
Летом 2019 г. всего один удар молнии в Великобритании оставил без электричества более 1 млн человек и привёл к отмене или задержке 1500 поездов. Это нанесло большие убытки, без электричества остались аэропорты, крупная больница, тысячи людей наводнили вокзалы, создавая угрозу безопасности. Происшествие вызвало острые дебаты, так как один удар молнии не должен влиять на национальные сети в таких масштабах.
Тем не менее, это произошло. Молния вывела из строя линию электропередачи между оффшорной ветроэлектростанцией возле города Хорнси и газовой электростанцией Little Barford. Линия имеет протяжённость всего 160 км, но национальная электрическая сеть не смогла компенсировать потерю тока сразу от двух генерирующих мощностей. Более того, удар молнии повредил часть автономных генераторов, что затруднило аварийное энергоснабжение и усугубило ситуацию.
Отключение произошло очень быстро: в течение нескольких минут национальная сеть отключила 5% потребителей, чтобы предотвратить блэкаут в масштабах страны. Энергия в некоторых регионах отсутствовала около часа, транспортная сеть пострадала больше всего, так как был нарушен график движения поездов. В половине случаев понадобился выезд инженеров к месту остановки локомотивов.
Масштаб и ущерб были значительными, и до конца не оценены до сих пор. Одной из причин стали распределённые генерирующие мощности и сложность прогнозирования их влияния на сеть. В любом случае, ошибка в проектировании молниезащиты обошлась дорого — всего одна молния едва не привела к сбою в национальной энергосети и социально-экономическому кризису. Очевидно, молниезащита должна быть исправной на всех участках сети, включая те, которые не считают ключевыми.
Обратный пример. Удар-невидимка
Перечисленные выше случаи — пример того, как молниезащита пропустила удар. Но не следует думать, что нет возможности свести риски к минимуму. Примером может быть случай с дорогостоящим дата-центром Кредитного союза Флориды, который обслуживает около 1,5 млн транзакций в месяц.
Здание расположено в регионе с большим количеством гроз. Поэтому дата-центр был спроектирован и построен в соответствии со всеми требованиями к качеству питания. Все провода имели повышенную степень защиты, оборудование заземлено, на здании установлена современная низкоомная мощная молниезащита с многоуровневой защитой от скачков напряжения. В дополнение коммуникации между зданиями дата-центра были построены на базе волоконно-оптических кабелей, а не медных проводов. Все это оказалось не напрасным и окупилось многократно.
Однажды после грозы один из техников дата-центра обнаружил, что резервный генератор мощностью 250 кВт работает. Он позвонил одному из специалистов технической службы с просьбой отключить генератор. Техник посчитал, что генератор запустился в результате ошибки, поскольку он должен был отключиться автоматически, как только автоматика зарегистрировала бы нормальную подачу энергии. После приезда на место происшествия, специалист техслужбы, обслуживающий инфраструктуру центра, с удивлением обнаружил на месте счётчика электроэнергии кусок оплавленного металла.
Обломки счётчика, взорванного молнией, найти не удалось
Как оказалось, молния ударила в питающий 480-вольтовый кабель, уничтожила счётчик и направила разряд к аварийному переключателю и генератору. Но благодаря надёжной молниезащите дело ограничилось сломанным счётчиком, и чувствительное дорогостоящее оборудование дата-центра не пострадало. Более того, персонал, работающий в тот момент на территории центра, даже не заметил происшествия.
Перевес в вечной войне
Лето 2019 г. было рекордно горячим практически по всей планете. В некоторых странах наблюдались протяженные грозы с десятками тысяч молний, бьющих по большой территории. Например, в Британской Колумбии (Канада) за одну ночь в начале сентября 2019 г. зафиксировано 11 тыс. ударов молний. Несмотря на грозную силу молний, существуют эффективные механизмы защиты от этого природного явления. Современная молниезащита минимизирует риски для людей и имущества.
Позитивный пример — Сингапур, где около 175 дней в году наблюдаются грозы с молниями. На каждый квадратный метр города приходится 16 ударов молний. Тем не менее, количество жертв от ударов молниями в этой стране сравнимо с аналогичным показателем в менее опасных регионах. Качественная молниезащита оберегает людей и инфраструктуру Сингапура, обеспечивая перевес в вечной войне человечества с грозным явлением природы.
Вам нужна консультация по проектированию или монтажу заземления и молниезащиты? Обращайтесь в Технический центр ZANDZ.com!
Смотрите также:
Защита хранилищ ГСМ с плавающей крышей от статического электричества
Конкурс на лучший монтаж заземления и молниезащиты ZANDZ, 2019
Вебинар "Скользящие разряды в молниезащите." Страница 2
Вебинар "Скользящие разряды в молниезащите." Страница 3
Эволюция нормативных документов молниезащиты
УЗИП и его плавкая вставка
Молниезащита объектов в районах вечной мерзлоты
Молниезащита и заземление для базовых станций стандарта 5G
Анализ нормативного документа ФЕДЕРАЛЬНЫЕ НОРМЫ И ПРАВИЛА В ОБЛАСТИ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ "ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТАХ"