mini|Kurzschluss (Erdschluss mit Baum) in einer Stromversorgungs-Freileitung mini|Toronto – Stromausfall am 14. August 2003
Ein Stromausfall (auch: ungeplante Versorgungsunterbrechung) ist eine plötzlich ungeplant auftretende Netzstörung im Stromnetz, durch die unbeabsichtigt die Elektrizitätsversorgung der Stromverbraucher unterbrochen ist, teils in ganzen Ländern und halben Kontinenten, siehe Liste historischer Stromausfälle.
Dagegen werden geplante Versorgungsunterbrechungen zuvor angekündigt und müssen in Deutschland ggf. der Bundesnetzagentur gemeldet werden. Die längerfristige absichtliche Einstellung der Energieversorgung, beispielsweise wegen ausbleibenden Zahlungen, wird als Stromsperre bezeichnet.
Allgemeines
Zur Definition des Stromausfalls gehört sein unbeabsichtigtes Auftreten. Eine beabsichtigte Stromunterbrechung gibt es beim Lastabwurf, wobei es beim Einsatz schnell reagierender automatischer Einrichtungen ggf. im Endeffekt zu unbeabsichtigten Folgeerscheinungen kommen kann.
Es ist die Aufgabe des Stromversorgers, die Verbraucher zuverlässig und preiswert mit elektrischem Strom zu versorgen.Dieter Nelles: Versorgungszuverlässigkeit. In: Helmut Schaefer (Hrsg.): VDI-Lexikon Energietechnik. 1994, S. 1330 (Google Books). Die geforderte Zuverlässigkeit ist bei Stromausfällen nicht vorhanden. Die Energiesicherheit wird durch Stromausfälle beeinträchtigt.
Einteilung Einteilung nach der Ursache
Im Stromnetz kann die Netzdurchleitung entweder in den Stromleitungen (Kanten) oder in Umspannwerken (Netzknoten) unterbrochen werden.
Ursachen für einen Stromausfall können Fehler im Stromnetz, in Schaltelementen des Netzes und in elektrischen Anlagen oder ein Ungleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch sein.Stromausfallgefahr wächst – Ursachen für einen Stromausfall Ein Defekt eines einzelnen Gerätes oder dessen Zuleitung stellt keinen Stromausfall dar.
Die Grenze zwischen Stromnetz und Kundenanlage liegt nach der Niederspannungsanschlussverordnung im Hausanschlusskasten, in dem sich auch die Hauptsicherungen befinden. Stromausfälle im Bereich der Kundenanlage zählen nicht zu Stromausfällen nach dem Energiewirtschaftsgesetz. Entsprechendes gilt für an höhere Spannungsebenen angeschlossene Kunden. Dennoch können Fehler in der Kundenanlage wie ein Stromausfall wirken, vor allem in größeren Kundenanlagen und wenn in der Kundenanlage weitere Abnehmer nachgelagert sind.
Betreiber von Energieversorgungsnetzen müssen nach Energiewirtschaftsgesetz der Bundesnetzagentur (BNetzA) bis zum 30. April eines Jahres über alle in ihrem Netz im letzten Kalenderjahr aufgetretenen Versorgungsunterbrechungen einen Bericht vorlegen und darin auch die ergriffenen Maßnahmen zur Vermeidung künftiger Versorgungsstörungen darlegen. Die Bundesnetzagentur erfasst Störungen mit länger als drei Minuten Dauer mit folgenden Ursachen (Zahlen für 2018): Atmosphärische Einwirkungen: 6.262 Einwirkungen Dritter: 20.076 Höhere Gewalt: 2.584 Zuständigkeit des Netzbetreibers: 36.262 Rückwirkungsstörungen: 1.042 Sonstiges: 99.964Diese Störungsursache umfasst alle geplanten Versorgungsunterbrechungen (ausgenommen Zählertausch).
Der VDE|FNN stellt jährlich eine eigene Störungs- und Verfügbarkeitsstatistik auf, die etwa 75 % der Stromkreislängen abdeckt. Daraus wird die Erkenntnis abgeleitet, dass die Mittelspannungsebene einen entscheidenden Einfluss auf die Versorgungszuverlässigkeit hat. Seit 2013 ist das Schema des FNN zur Erfassung der Störungen mit dem der BNetzA abgeglichen.
Eine Studie der Energietechnischen Gesellschaft des VDE aus dem Jahr 2006 ergab folgende Verteilung der Ursachen von Versorgungsunterbrechungen:Energietechnische Gesellschaft im VDE (ETG): Versorgungsqualität im deutschen Stromversorgungsnetz. VDE-Analyse, Frankfurt, 1. Februar 2006.
Mittelspannungsnetze (meist 10–30 kV): 84 % Niederspannungsnetze (230/400 Volt): 14 % 110-kV-Netze: 2 % Übertragungsnetze 220/380 kV: 0,1 % Erzeugung: 0 %.
Auslösen von Schutzeinrichtungen
Auslösen der Sicherung („Durchbrennen“ der Schmelzsicherung) bzw. des Leitungsschutzschalters eines Stromkreises (seltener mehrere) oder des Fehlerstrom-Schutzschalters (RCD, häufig dreiphasig geschaltet, womit er mehrere Stromkreise trennt) ist eine häufige Ursache für den Stromausfall in einzelnen Bereichen einer Kundenanlage, z. B. in einem oder mehreren Zimmern oder einer Gerätegruppe. Ab dem Fallen oder Durchbrennen der Hauptsicherung ist das gesamte Haus von einem Stromausfall betroffen.
Naturereignisse
Witterung (Blitzschlag in eine Überlandleitung) oder Naturkatastrophen (Schneelast und Eisschichten auf Leitungen und Masten wie beim Münsterländer Schneechaos) sind eine häufige Ursache von Stromausfällen (siehe Liste historischer Stromausfälle).
Blitzeinschläge (Direkteinschläge) in Leiterseile oder Umspannwerke, aber auch Einschläge in die Umgebung von Leitungen rufen in den Leitungen Überspannungen hervor. Als Schutz werden Freileitungen ab der 110-kV-Ebene als Blitzschutz mit Erdseilen überspannt und Umspannwerke und Freiluftschaltanlagen mit Fangstangen ausgestattet. Bei Stürmen können Äste oder Bäume auf die Leiterseile fallen und Kurzschlüsse bzw. Erdschlüsse auslösen. Mit einer Automatischen Wiedereinschaltung wird in solchen Fällen zunächst geprüft, ob der Störlichtbogen den Fehler bereits beseitigt (weggebrannt) hat. Erst bei bestehenbleibendem Fehler wird die Leitung vollständig abgeschaltet. Durch Sturmeinwirkung können Leitungsmasten umgerissen werden. Extreme Wetterlagen, Schnee und Eis wie etwa bei dem Münsterländer Schneechaos oder im Jahr 1998 in der Region von Québec in Kanada. Zur Abhilfe können zusätzliche Einrichtungen wie der Lévis-Enteiser zur Enteisung von Freileitungen installiert werden, wenn die Eigenerwärmung der Freileitungen bei extremen Wetterlagen im Winter nicht mehr ausreicht. Ein magnetischer Sturm führte 2003 zu einem einstündigen Netzausfall in Malmö, Schweden. NOAA Technical Memorandum OAR SEC-88, Space Environment Center, Boulder, Colorado, Juni 2004, S. 37, abgerufen am 17. Dezember 2013. Ein starker magnetischer Sturm wie der Sonnensturm von 1859 könnte einen überregionalen Stromausfall auslösen.Wie gefährlich sind koronale Massenauswürfe? Ein Rückblick auf das Carrington-Event von 1859
Baggerschaden
Erdkabel liegen zwar gut geschützt unter der Erde, gefährdet sind sie jedoch bei Bauarbeiten. Durch unsachgemäßes Arbeiten kann es vorkommen, dass Bagger das Kabel greifen und zerstören. Deshalb muss vor Tiefbauarbeiten eine Leitungsauskunft eingeholt werden. Zum Schutz von Erdkabeln vor Beschädigung werden Trassenbänder oberhalb der Kabel verlegt. Die Beseitigung von Schäden an Kabeln ist aufwendiger als an Freileitungen. Stromausfälle an Erdkabeln sind ohne Fremdeinwirkung selten, da Schäden an der Isolation – vor allem im Mittel- und Hochspannungsbereich – bei regelmäßigen Kontrollen mittels Teilentladungsmessung bereits erkannt werden, bevor sie zu einem Ausfall führen.
Gleiches gilt für Erdbohrungen.
Überlast eines Netzelementes
Bei Überlastung einzelner Netzelemente werden diese von Schutzeinrichtungen abgeschaltet. Die Ursache dafür liegt vor allem in der Überschreitung von maximal zulässigen Strömen. Auch die Temperatur von Netzelementen kann Ursache für eine Überlast sein. Besonders bei strahlenförmig aufgebauten Stromversorgungsnetzen ist der Ausfall von Netzelementen kritisch, da damit unmittelbare und großräumige Stromausfälle in den nachgelagerten Netzbereichen verbunden sind.
Um derartige Ausfälle zu verhindern, wird im Bereich von Stromnetzen, Umspannwerken oder Kraftwerken die (n−1)-Regel angewendet, um bei Ausfall oder Abschaltung eines Betriebsmittels, wie eines Leistungstransformators, Generators oder einer Freileitung, den Gesamtbetrieb des Stromversorgungsnetzes aufrechtzuerhalten.
Ungleichgewicht im Energiesystem
Elektrischer Strom muss gleichzeitig zum Verbrauch erzeugt und zu den Verbrauchsstellen transportiert werden. Dabei müssen sich Erzeugung und Verbrauch sehr genau entsprechen (siehe Einsatz deutscher Kraftwerke). Eine unvorhergesehene Stromabschaltung kann daher aus einem (plötzlichen) Ungleichgewicht zwischen bereitgestellter und angeforderter Leistung, beispielsweise durch die Unterbrechung eines Stromkreises großer Leistung (plötzlicher Lastwegfall) oder das unangekündigte Zuschalten einer großen Last (plötzliche Überlastung) folgen.
Generatoren in Kraftwerken sind in der Regel Synchronmaschinen. Bei diesen Generatoren ist die Drehzahl synchron zur Netzfrequenz. Bei Dampf- oder Gasturbinen beträgt die der Nennfrequenz 50 Hz entsprechende Nenndrehzahl meist 3000 min−1. Bei Generatoren in Wasserkraftwerken ist die Nenndrehzahl oft geringer, mit einem der Polpaaranzahl entsprechenden ganzzahligen Bruchteil von 3000 min−1. Die Stromerzeugung wird im Allgemeinen über die Frequenz geregelt: Steigt der Verbrauch (also die „Last“), so werden die Generatoren in den Kraftwerken stärker abgebremst, wodurch ihre Drehzahl bei gleichbleibendem Antriebsmoment etwas absinkt. Dadurch fällt auch die Netzfrequenz. Die Antriebsleistung wird dann erhöht, bis die Generatoren trotz der höheren Last wieder 50 Hz liefern, und umgekehrt bei sinkendem Verbrauch.
Kann bei einer plötzlichen starken Laständerung die Leistung der planmäßig laufenden Kraftwerke nicht schnell genug geändert werden, veranlasst der Übertragungsnetzbetreiber schnell regelbare Kraftwerke, zusätzliche Leistung bereitzustellen (siehe Regelleistung). Positive Regelleistung kann auch auf der Lastseite bereitgestellt werden, indem Stromabnehmer abgeschaltet werden, die sich vertraglich dazu verpflichtet haben und für die Bereitstellung dieser positiven Regelleistung ein Entgelt gemäß Verordnung zu abschaltbaren Lasten erhalten. Bei einer plötzlichen Minderlast kann die Zuschaltung von Lasten erfolgen (zum Beispiel Pumpspeicher oder Power-to-Heat-Anlagen), das ist dann die Bereitstellung negativer Regelleistung. Als letzte Maßnahme wird bei einer Überlast ein Teil der Verbraucher „abgekoppelt“. Dabei handelt es sich um einen Lastabwurf. Solche Stromabnehmer können beispielsweise Aluminiumhütten oder Stahlwerke mit großen elektrischen Öfen sein.
Sabotage und Kriegseinwirkung
Gezielte sabotierende Angriffe gegen Kraftwerke, Umverteiler oder Strommasten wie beispielsweise in der Feuernacht 1961 in Südtirol können zu überregionalen Stromausfällen führen. Das US-Militär hat erstmals 1990/91 im zweiten Golfkrieg Graphitbomben erfolgreich gegen die Umspannwerke im Irak eingesetzt. Innerhalb kurzer Zeit wurden 85 % der irakischen Stromversorgung lahmgelegt. Auf dem 36. Chaos Communication Congress vom 27. bis 30. Dezember 2019 zeigte Kaspersky in einer 45-minütigen Präsentation, wie leicht es für Cyber-Kriminelle wäre, den Leitstand eines deutschen Großkraftwerkes mit der Folge zu übernehmen, dass das Kraftwerk heruntergefahren werden könnte, so dass dann zumindest eine regionale Stromversorgung zusammenbrechen könnte.Stefan Loubichi: 36C3 – mehr offene Fragen als Antworten. VGB PowerTech Journal, Ausgabe 1–2/2020, ISSN 1435-3199 Im Zuge des Russischen Überfalls auf die Ukraine kam es nach Kriegshandlungen zur Stilllegung des Kernkraftwerks Saporischschja und weiters wiederholt zu Stromausfällen bei der zum Betrieb der Nachkühlung nötigen Belieferung des stillgelegten Werks. Als beim Russischen Überfall auf die Ukraine insbesondere im Oktober 2022 zahlreiche Energieanlagen (häufig durch Drohnen) beschädigt wurden, kam es zu Stromausfällen und erzwungenen Stromabschaltungen (ab 20. Oktober 2022) in der ganzen Ukraine.Energieanlagen angegriffen : Landesweite Stromabschaltungen in Ukraine orf.at, 20. Oktober 2022, abgerufen am 20. Oktober 2022.
Sonstige technische Ursachen