Stromausfall

Unter einem Stromausfall versteht man eine unbeabsichtigte Unterbrechung der Versorgung mit Elektrizität.

Die Energieübertragung erfolgt mit elektrischem Strom, der im selben Moment erzeugt und transportiert werden muss, in dem er gebraucht wird. Daher ist der Grund eines Stromausfalles die Unterbrechung des Stromkreises oder ein Ungleichgewicht von Bereitstellung und Bedarf.

Kurzschluss (Erdschluss mit Baum) in Stromversorgungs-Freileitungen

Einteilung

Stromausfälle im Bereich von Stromnetzen auf der Hochspannungsebene werden nach der Dauer unterschieden:

• Kurzzeitiger Ausfall im Zeitbereich von wenigen Sekundenbruchteilen, umgangssprachlich auch als Netzwischer bezeichnet, wobei nach dieser kurzen Zeit die Energieversorgung automatisch wieder hergestellt wird. Ursachen können auf Verteilebene kurzfristige Ereignisse wie Blitzeinschläge, Erdschluss, Lichtbogenfehler bei Freileitungen oder in seltenen Fällen auch Schaltfehler im Bereich von Schaltanlagen oder Umspannwerken sein. Unterbrechungsfreie Stromversorgungen und Notstromaggregate sollten in der Lage sein, ausreichend schnell auf diese kurzzeitigen Ausfälle zu reagieren, sodass keine systemstörende Dauerunterbrechung die Folge ist. Typische Reaktionszeiten liegen zwischen 15 und 50 ms.
• Kurzzeitige Spannungsabsenkung infolge Überlastung aufgrund unvorhergesehener Ereignisse. Dieser Zustand wird im Englischen auch als Brown-Out oder Sag bezeichnet und tritt insbesondere in kleineren Stromnetzen oder unterdimensionierten Netzen mit zu gering verfügbarer Regelleistung auf. Brown-Outs sind beispielsweise im japanischen Stromversorgungsnetz relativ häufig, auch aufgrund der gemischten Netzfrequenz von 50 Hz und 60 Hz, während im europäischen Verbundsystem überregionale Brown-Outs nur sehr selten vorkommen. Brown-Outs können auch unmittelbar vor einem Totalausfall auftreten.
• Mittel- bzw. langfristiger Stromausfall oder Totalausfall, welcher durch einen kompletten Spannungsausfall im Minutenbereich bis in den Bereich einiger Stunden reichen kann. Dieser Ausfall wird im Englischen auch als Blackout bezeichnet. Vergleichsweise sehr lange Ausfallszeiten im Bereich von Tagen bis zu einigen Wochen sind mit großräumigen Schäden an der Infrastruktur wie Leitungen verbunden, beispielsweise als Folge extremer Wetterereignisse im Winter.

Lokale und regionale Stromausfälle

• Betrifft ein Stromausfall nur ein einzelnes Gerät, ist ein Defekt des Gerätes oder dessen Zuleitung anzunehmen.
• Fällt der Strom in einem oder mehreren Zimmern oder einer Gerätegruppe aus, ist ein Auslösen der Sicherung bzw. des Leitungsschutzschalters oder des Fehlerstromschutzschalters (FI-Schalter) wahrscheinlich.
• Ist ein ganzes Haus von einem Stromausfall betroffen, könnten auch die Hauptsicherung oder eine Beschädigung der Zuleitung die Ursache sein.
• Ist eine größere (industrielle) Anlage, z.B. eine Fabrik, von einem Ausfall des Anschlusses an das externe Stromnetz betroffen, wird dies als Schwarzfall, englisch Station blackout (SBO) bezeichnet.^[1] Der Schwarzfall kann von einem Ausfall der Stromzuleitung, des Stromanschlusses oder der Steuerung der Anlage oder von einem Ausfall des übergeordneten Stromnetzes verursacht sein.
• Sind einzelne Straßenzüge, Siedlungen oder – im ländlichen Raum – begrenzte Gebiete vom Stromnetz getrennt, liegt im allgemeinen ein Defekt im Niederspannungsnetz (230/400 V) vor. In ländlichen Gegenden können auch Freileitungen unterbrochen sein oder eine Turm- oder Transformatorenstation ausgefallen sein.
• Sind einzelne Stadtteile (Bezirke) oder in ländlichen Regionen ganze Ortschaften ausgefallen, liegen meist Unterbrechungen im sogenannten Mittelspannungsnetz vor. Eine der häufigsten Ausfallsursachen sind Bauarbeiten, in deren Rahmen die 10 kV bis 30 kV führenden Mittelspannungsleitungen beschädigt werden. Die Ursache können, vor allem in ländlichen Regionen, auch direkte Blitzeinschläge in die Mittelspannungsleitungen sein, welche aus Kostengründen meist als Freileitung ausgeführt sind. Ein weiterer seltener Grund kann sein, dass Last abgeworfen werden muss, um das restliche Netz stabil zu halten. Dies gehört zu den äußersten Maßnahmen die der Netzbetreiber zur Stabilisierung heranziehen kann.

Überregionale Stromausfälle

• Zu netzweiten, überregionalen Stromausfällen kommt es beispielsweise, wenn die Regelung des Netzes nicht oder nicht schnell genug auf Störungen oder Veränderungen im Stromnetz reagiert. Häufigste Ursache jener Störungen ist die Missachtung des N-1-Kriteriums, welches besagt, dass zu keiner Zeit der Ausfall eines bestimmten Betriebsmittels wie einer Leitung, eines Transformators oder Generators zu einem Gesamtausfall führen darf. Weitere Ursache können unmittelbare Mehrfachfehler sein – allerdings sind diese Fehler durch den hohen Automatisierungsgrad eher selten. Blitzeinschläge sind in der höchsten Spannungsebene kaum die Ursache von längeren Ausfällen und führen durch die automatische Wiedereinschaltung nur zu kurzzeitigen Unterbrechungen.
• Extreme Wetterlagen, Schnee und Eis wie beispielsweise bei dem Münsterländer Schneechaos.
• Wenn die Stromversorgung in einem Netz vollständig zusammengebrochen ist und selbst die Kraftwerke keinen Strom mehr aus dem Netz beziehen können, so spricht man auch von einem Schwarzfall. In diesem Fall können nur schwarzstartfähige Kraftwerke wie beispielsweise Flusskraftwerke ohne äußere Energiezuführung starten. Die Leistung jener schwarzstartfähigen Kraftwerke dient in Folge dazu, nicht schwarzstartfähige Kraftwerke wie beispielsweise Kohlekraftwerke in Stufen zu starten. Manche nicht schwarzstartfähige Kraftwerke, wie beispielsweise Kernkraftwerke, verfügen aus Sicherheitsgründen auch über eigene schwarzstartfähige Einheiten, meist in Form von Gasturbinen, mit denen sowohl die Eigenversorgung als auch das Starten des Kraftwerks ohne äußere Energiezuführung möglich ist.
• Gezielte, sabotierende Angriffe gegen Kraftwerke, Umverteiler oder Strommasten wie beispielsweise in der Feuernacht 1961 in Südtirol, können ebenfalls zu überregionalen Stromausfällen führen.

Szenario eines großen Stromausfalls

→ Hauptartikel: Liste historischer Stromausfälle

Als Anlässe für einen Stromausfall eines ganzen Gebiets werden von Energieversorgungsunternehmen meist ein Defekt in einem Kraftwerk, die Beschädigung einer Leitung, ein Kurzschluss oder eine lokale Überlastung des Stromnetzes angegeben. Diese Anlässe wären jedoch bei einer funktionierenden Regelung im Allgemeinen kein Grund für einen Stromausfall. Überregionale Stromnetze werden nach dem (n-1)-Kriterium betrieben. Das bedeutet, dass zu jeder Zeit ein elektrisches Betriebsmittel, ein Transformator, eine Leitung oder ein Kraftwerk ausfallen darf, ohne dass es zu einer Überlastung eines anderen Betriebsmittels kommen darf oder gar zu einer Unterbrechung der Energieversorgung. Nach diesem Standard müssen in Deutschland und im Gebiet der UCTE die (Verbund-)Netze geführt werden. Kommt es allerdings –  z. B. durch einen Defekt in einem Kraftwerk –  zum Ausfall mehrerer Trafos oder Leitungen gleichzeitig, kann es zur Unterbrechung der Stromversorgung kommen. Im korrekt betriebenen System müssen also mindestens zwei Ereignisse zusammenkommen, damit eine Versorgungsunterbrechung entstehen kann.

Auswirkungen

Lässt sich für den momentanen Bedarf im eigenen Netz nicht genügend Energie aktivieren z. B. bei Ausfall der Netzregelung, sinkt insbesondere die Netzfrequenz, denn die Lastdifferenz wird zunächst aus der kinetischen Energie aller rotierenden Massen in den Generatoren gedeckt. Dieser Fall wird als Unterfrequenz bezeichnet und ist im Westeuropäischen Verbundnetz (UCTE-Regelzone) in fünf Stufen unterteilt: Dabei wird neben der kurzfristigen Aktivierung von Reserven insbesondere der automatische Lastabwurf vollzogen.

Kann dadurch keine Stabilisierung erreicht werden, erfolgt als letzte Konsequenz eine Auftrennung in mehrere, zueinander asynchrone Netzbereiche, zwischen denen kein Leistungsfluss mehr stattfindet. In einzelnen Netzbereichen kommt es damit zu totalen Ausfällen, da sich die Kraftwerke automatisch vom Netz trennen. Größere kalorische Kraftwerke (Grundlastkraftwerke) wie Kohlekraftwerke oder Kernkraftwerke versuchen, sich bei Netztrennung durch Reduktion der Leistung im Eigenbedarf zu fangen und diesen nicht optimalen Betriebszustand für einige Stunden aufrecht zu halten. Gelingt dieses Auffangen und Halten im Eigenverbrauch des Kraftwerks nicht, werden die betroffenen Kraftwerksblöcke abgeschaltet, was zu einem längeren Prozess der Wiederinbetriebnahme führt.

Folgen

Die Netzanschlüsse sind auf unterschiedliche lokal getrennte Umspannwerke geschaltet, um beim Ausfall eines Umspannwerks über das andere weiter mit Strom versorgt werden zu können. Das übergeordnete Netz ist bei beiden Umspannwerken in der Regel dasselbe, so dass sich eine Störung dort auch auf beide Anschlüsse auswirkt. Viel wichtiger ist z. B. in Krankenhäusern die Verwendung einer Anlage zur unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV).

Im Bereich der EDV können Stromausfälle zum Verlust nicht gesicherter Daten sowie im Einzelfall zur Beschädigung von Geräten führen. Siehe hierzu auch: Dying Gasp.

Schwerwiegende wirtschaftliche Schäden können auch in Industriebetrieben entstehen, die auf eine fortwährende Energiezufuhr angewiesen sind und einen Produktionsprozess nach einer Leistungsunterbrechung nicht ohne weiteres fortführen können (etwa chemische Industrie, Lebensmittelverarbeitung usw.).

Auch im privaten Bereich können vor allem längere Stromausfälle unangenehme Folgen haben:^[2]

• Beleuchtung: Elektrisches Licht, Ampeln, Signale fallen aus. Ebenso elektrische Rolladenantriebe.
• Mobilität: Aufzüge, Skilift, Seilbahn oder Parkhausschranken fallen aus.
• Wärme: Die Heizung/Lüftung bzw. Klimaanlage fällt aus, Elektroheizungen aber auch Öl- und Gas-Zentralheizungen haben ohne elektrischen Strom keine Steuerung, keinen Zündfunken und keine Umwälzpumpe.
• Lebensmittel: Lebensmittel werden im Kühlschrank nicht länger gekühlt und können bei einem längeren Stromausfall zum Verzehr nicht mehr geeignet sein.
• Kochen: Elektroherd, Mikrowelle, Kaffeautomat, Wasserkocher funktionieren ohne den elektrischen Strom nicht.
• Nachrichten: Rundfunk, Fernsehen und Radio funktionieren nicht.
• Kommunikation: Mobilfunk, Festnetz sowie Computer und Internet stehen bei längeren Stromausfällen nur eingeschränkt oder gar nicht zur Verfügung.
• Geld: Hardware und Geldautomaten von Banken sind meistens nicht funktionsfähig.
• Einkaufen: In Supermärkten gibt es meist Einschränkungen, da weder Kassen, noch die Kühlung der Lebensmittel funktionieren.
• Treibstoff: Die meisten Tankstellen haben weder einen Stromerzeuger, noch eine Einspeisevorrichtung für einen Stromerzeuger. Ohne Strom lässt sich der Kraftstoff nicht von den unterirdischen Tanks zu den Zapfsäulen pumpen.
• Wasser: Bei einem längeren Stromausfall fallen Trinkwasseraufbereitung und Abwasserentsorgung mit Pumpen aus. Bei Wasserversorgungsnetzen welche durch das natürliche Gefälle und ohne Pumpen betrieben werden, wie bei der Wiener Wasserversorgung über die Hochquellenwasserleitungen, hat ein Stromausfall auf die Versorgung nur geringe Auswirkung.
• Babyboom: immer wieder wird in verschiedensten Medien von einer Zunahme der Geburtenraten in den betroffenen Gebieten neun Monate nach einem Stromausfall berichtet. ^{[3] [4]}

Eine Studie des Büros für Technikfolgen-Abschätzung beim Deutschen Bundestag (TAB) kommt zu dem Ergebnis, dass durch einen langandauernden und großflächigen Stromausfall alle kritischen Infrastrukturen betroffen wären und ein Kollaps der gesamten Gesellschaft kaum zu verhindern wäre. Trotz dieses Gefahren- und Katastrophenpotenzials sei ein diesbezügliches gesellschaftliches Risikobewusstsein nur in Ansätzen vorhanden.^[5]

Notstrombetrieb

Kritisch sind Stromausfälle besonders für Krankenhäuser, da diese Strom zum Betrieb medizinischer Geräte benötigen. Aber auch sicherheitsrelevante Systeme (wie Radargeräte der Flugsicherung, Ampeln oder Signalanlagen der Eisenbahn) oder andere Versorger (wie Wasserwerke, Gaswerke oder Telekommunikationsunternehmen) benötigen Strom zum Arbeiten. Aus diesem Grund verfügen beispielsweise Krankenhäuser und andere kritische Einrichtungen ebenso wie viele Unternehmen über Notstromaggregate, die häufig mit Dieselgeneratoren betrieben werden und sich automatisch zuschalten, sobald ein Stromausfall eintritt (Allgemeine Ersatzstromversorgung). Zusätzlich verfügen viele Einrichtungen über mehrere Netzanschlüsse an (weitgehend) unabhängige Netze.

Der Zeitraum, der im Notstrombetrieb überbrückt werden kann, unterscheidet sich stark. Der öffentliche rechtliche Rundfunk soll zur Information der Bevölkerung mindestens 3 Tage sendefähig bleiben - beim Beispiel des Rundfunk Berlin Brandenburg sind es 8 Tage, allerdings auf nur einer Hörfunkwelle anstatt der im Normalbetrieb sechs Frequenzen.^[6]

Die zentralen Telekommunikationseinrichtungen und Hauptvermittlungsstellen sind durchgängig für den längeren Notstrombetrieb vorbereitet. Die Ortsvermittlungsstellen, die bei Kupferkabel die Endgeräte mit Strom versorgen können, sind dagegen meist nur mit Pufferbatterien für 4 Stunden ausgelegt. Bei längerfristigem Ausfall werden daher dort nur noch wenige Endstellen und insbesondere öffentliche Telefonzellen weiterbetrieben. Die Mobilfunknetze arbeiten im ländlichen Bereich fast immer mit Generatorversorgung, im städtischen Bereich sind es dagegen nur wenige Funkstationen - so kann zwar ein Weiterbetrieb über mehrere Tage sichergestellt werden, jedoch nur auf einem stark verringerten Kanalangebot. Für den BOS-Funk ist eine Batteriepufferung von mindestens 12 Stunden vorgesehen^[7], die den vollständigen Betrieb aller Endgeräte sicherstellt, danach kann es auch dort zu Einschränkung der Vermittlungsfähigkeit kommen.

Volkswirtschaftliche Kosten

Ein großer Teil der Folgen beinhaltet, dass in der betroffenen Volkswirtschaft Teile der Wertschöpfung für einen gewissen Zeitraum ausfallen. Wirtschaftsminister Philipp Rösler sagte im Mai 2011 dazu: "In Studien wird die Schadenshöhe eines Blackouts mit mindestens 6,50 Euro je Kilowattstunde angegeben. Wir verbrauchen etwa 1,6 Milliarden Kilowattstunden am Tag. Das tägliche Bruttoinlandsprodukt in Deutschland beträgt etwa 6 Milliarden Euro. Wenn in ganz Deutschland einen Tag lang der Strom ausfiele und nichts mehr produziert werden könnte, wäre das also schon ein erheblicher Schaden. Hinzu kämen indirekte Kosten."^[8]

Stromausfall in Kernkraftwerken (Schwarzfall)

Externe Netzausfälle lösen in Kernkraftwerken sicherheitsgerichtet stets automatische Schnellabschaltungen und die Zuschaltung der Notstromversorgung zur Abfuhr der Nachzerfallswärme aus. Verschiedentlich hatten KKW aber bereits mit Problemen zu kämpfen, die das ordnungsgemäße Funktionieren dieser Notstromaggregate respektive deren Zuschalt-Vorrichtungen betrafen. Am bekanntesten diesbezüglich sind wohl die Nuklearunfälle von Fukushima und die Störfälle von 2006 im schwedischen Kernkraftwerk Forsmark. Ähnliche Vorfälle ereigneten sich 1975 im Kernkraftwerk Greifswald, 1982 im belgischen Kernkraftwerk Doel, 1999 im französischen Kernkraftwerk Blayais, 2001 im taiwanesischen Kernkraftwerk Maanshan, 2004 im Kernkraftwerk Biblis, 2007 im französischen Kernkraftwerk Dampierre und Kernkraftwerk Penly und schweizerischen Kernkraftwerk Beznau 1 und 2011 im französischen Kernkraftwerk Tricastin. Noch gravierender war der Notstromfall 1999 im Reaktor Indian Point 2.

Zuverlässigkeit der Netze

Ausfallzeiten in verschiedenen Ländern

Die Bundesnetzagentur hat in ihrer Verfügbarkeitsstatistik für das Jahr 2009 ermittelt, dass die Nichtverfügbarkeit von elektrischer Energie bei 14,63 Minuten pro Letztverbraucher in Deutschland lag (entspricht etwa 0,0027 %), was einer Verbesserung von 2,26 Minuten im Vergleich zu 2008 mit 16,89 Minuten entspricht. Somit konnte die Versorgungsqualität zum dritten Mal in Folge - bezogen auf das Vorjahr - verbessert werden. Im innereuropäischen Vergleich liegt die Versorgungssicherheit in Deutschland sehr hoch. Im Nachbarland Österreich lag die durchschnittliche Ausfallzeit 2008 bei 43,69 Minuten pro Letztverbraucher, 2009 bei 36,56 Minuten.

Stromausfälle im Bahnstromnetz haben im Regelfall keine Auswirkungen auf das öffentliche Netz, da beide Systeme weitgehend unabhängig voneinander betrieben werden. Dies gilt auch umgekehrt.

Insgesamt kam es zu ca. 208.100 Versorgungsunterbrechungen, die von 846 Netzbetreibern an die BNA mitgeteilt wurden. In die Statistik gingen nur solche Unterbrechungen ein, die sowohl unbeabsichtigt waren und länger als 3 Minuten andauerten sowie in die Verantwortung der Netzbetreiber fielen, also nicht durch Unwetter und ähnliches verursacht wurden.^[9]

Laut dem Verband der Industriellen Energie- und Kraftwirtschaft (VIK) sei die Beschränkung auf Ausfälle, die länger als 3 Minuten andauern, zu ungenau. Rund 60 % der Störungen hätten weniger als eine Sekunde gedauert, was vor allem Industriekunden erhebliche Probleme verursache.^[10] [11] Solche kurzen Störungen können aber per USV vom Kunden selbst abgefangen werden.

Mit dem SAIDI (System Average Interruption Duration Index) kann international anerkannt eine Aussage über die Qualität des Stromnetzes getroffen werden.

	Allgemeindaten		Niederspannung		Mittelspannung		SAIDI
Berichtsjahr	Anzahl Netzbetreiber/Netze	Letztverbraucher (in Mio.)	Anzahl Unterbrechungen (insg. in Tsd)	SAIDI (Minuten)	Anzahl Unterbrechungen (insg. in Tsd)	SAIDI (Minuten)	SAIDI (Minuten)	Nichtverfügbarkeit in %
2009	821/842	48,4	163,9	2,63	35,1	12,00	14,63	0,0027 %
2008	813/834	48,4	171,5	2,57	36,6	14,32	16,89	0,0032 %
2007	825	48,5	196,3	2,75	39,5	16,50	19,25	0,0037 %
2006	781	48,5	193,6	2,86	34,4	18,67	21,53	0,0041 %

Daten:^[12]

Siehe auch

• Stromnetz
• Unterbrechungsfreie Stromversorgung
• Kraftwerksmanagement
• Netzschutz
•  Wikinews: Stromnetze in Deutschland entwickeln sich zur Achillesferse – Nachricht

Weblinks

 Wiktionary: Stromausfall – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• 2003 electricity blackout in New York in der englischsprachigen Wikipedia – über den Stromausfall 2003 in Nordamerika
• "Amerika Du hast es schlechter" – Zusammenfassung der Blackoutproblematik in den USA
• Das europäische Verbundnetz – Notfallprozedur bei Stromausfällen bei verivox.de und weitere Artikel zum Thema
• Das deutsche Netz ist (noch) sicher In: Die Welt, 16. August 2003
• Bericht der Bundesnetzagentur zur Störung des kontinentaleuropäischen Stromnetzes am 4. November 2006 (PDF; 358 kB)
• Broschüre Für den Notfall vorgesorgt (PDF) vom Bundesamt für Bevölkerungsschutz
• Blackout: Was, wenn der Strom ausbleibt? diepresse.com, abgerufen am 16.Oktober 2011

Einzelnachweise

1. ↑ US Legal Definition "Station blackout"
2. ↑ BBK Flyer Stromausfall, Vorsorge und Selbsthilfe (PDF) – Bundesamt für Bevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe
3. ↑ Bericht von n-tv.de über einen Babyboom nach einem Stromausfall
4. ↑ Bericht des Hamburger Abendblatt zu einem Babyboom nach einem Stromausfall
5. ↑ Petermann, Th. et al.: Was bei einem Blackout geschieht. Folgen eines langandauernden und großräumigen Stromausfalls. edition sigma, Berlin 2011, ISBN 978-3-8360-8133-7 (Studien des Büros für Technikfolgen-Abschätzung beim Deutschen Bundestag 33)
6. ↑ https://www.drk-wb.de/download-na.php?dokid=16233
7. ↑ http://www.stmi.bayern.de/imperia/md/content/stmi/sicherheit/feuerwehr/kommunikation/npol_bos_grundsatz_ims_09_12_04_c.pdf
8. ↑ faz.net: Interview vom 28. Mai 2011
9. ↑ Weiterhin hohe Versorgungssicherheit in deutschen Elektrizitätsnetzen (PDF) – Bundesnetzagentur
10. ↑ Dow Jones Energy Weekly
11. ↑ Pressemitteilung VIK vik.de
12. ↑ Bundesnetzagentur - Versorgungsqualität - SAIDI-Wert 2008 bundesnetzagentur.de

Normdaten: SWD in der DNB: 4997345-9