Was ist ein Blackout? Plötzlich ohne Strom …

Als Blackout bezeichnet man den plötzlichen, überregionalen Stromausfall großer Stromnetze.

Ursachen

Ursachen für einen Stromausfall können Fehler im Stromnetz, in Schaltelementen des Netzes und in elektrischen Anlagen oder ein Ungleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch sein. 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 § 52 Energiewirtschaftsgesetz der Bundesnetzagentur 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: 99.964
Diese 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:

Mittelspannungsnetze: 84 %
Niederspannungsnetze: 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 viele Stromkreise trennt) ist eine häufige Ursache für den Stromausfall in einzelnen Bereichen einer Kundenanlage, z. B. in einem oder mehreren Zimmern oder einer Gerätegruppe.
Bei Durchbrennen der Hauptsicherung ist das gesamte Haus von einem Stromausfall betroffen.

Atmosphärische Störungen und Sturmschäden

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. Ein starker magnetischer Sturm wie der Sonnensturm von 1859 könnte einen überregionalen Stromausfall auslösen.

Baggerschaden

Erdkabel liegen zwar gut geschützt unter der Erde. Gefährdet sind sie bei Bauarbeiten. Durch unsachgemäßes Arbeiten kann es vorkommen, dass Bagger das Kabel greifen und zerstören. Deshalb muss vor Tiefbauauarbeiten 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.

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 Kraftwerksmanagement). 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.

Die Stromerzeugung wird im Allgemeinen über die Frequenz geregelt: Steigt der Verbrauch (also die „Last“), so lassen sich die Kraftwerks-Generatoren schwerer drehen, und ihre Drehzahl sinkt etwas, wodurch die Netzfrequenz unter 50 Hz fällt. Die Kraftwerksleistung wird dann erhöht, bis die Generatoren trotz der höheren Last wieder 50 Hz liefern können. Bei sinkendem Verbrauch lassen sich die Generatoren leichter drehen, und ihre Drehzahl steigt, wodurch die Frequenz über 50 Hz steigt. Die Kraftwerksleistung muss dann gesenkt werden, damit die Generatoren wieder langsamer drehen. 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 entsprechenden 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.

Kann bei einer plötzlichen starken Laständerung die Drehzahl nicht schnell genug geändert werden, ruft der Übertragungsnetzbetreiber schnell regelbare Kraftwerke auf, 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.

Einteilung nach der Dauer

Kurzzeitige Ausfälle im Zeitbereich von wenigen Sekundenbruchteilen werden umgangssprachlich auch als Netzwischer bezeichnet, bei denen nach dieser kurzen Zeit die Energieversorgung automatisch wiederhergestellt wird. Ursachen können auf der 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 (Spannungseinbruch) infolge von Überlastung aufgrund unvorhergesehener Ereignisse. Dieser Zustand wird im Englischen auch als Brownout – nach der starken Abschwächung von Glühlampenbeleuchtung benannt – oder Sag bezeichnet und tritt insbesondere in kleineren oder unterdimensionierten Stromnetzen mit zu gering verfügbarer Regelleistung auf. In der Regel kommt es dabei zu keinen ernstzunehmenden Schäden. Doch reagieren elektronische Geräte durchaus unterschiedlich auf einen Brownout: Bei manchen kommt es zu überhaupt keinen Beeinträchtigungen, wohingegen andere Gerätschaften empfindlicher auf einen kurzzeitigen Spannungsabfall antworten. Beispielsweise kann ein fehlender Batteriespeicher zu einem Daten- oder Funktionsverlust führen. Ein sogenannter Brownout-Detector kann einem solchen Szenario vorbeugen. Brownouts sind beispielsweise im japanischen Stromversorgungsnetz relativ häufig, auch aufgrund der gemischten Netzfrequenz von 50 Hz und 60 Hz, während im europäischen Verbundsystem überregionale Brownouts nur sehr selten vorkommen. Brownouts können auch unmittelbar vor einem Totalausfall als Vorbote 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 werden meist durch großräumige Schäden an der Infrastruktur wie der Leitungen verursacht, beispielsweise als Folge extremer Wetterereignisse im Winter (siehe Liste historischer Stromausfälle, Münsterländer Schneechaos November 2005).

Einteilung nach räumlicher Ausdehnung

Eine exakte Definition der räumlichen Ausdehnung von Stromausfällen existiert nicht. Allgemein wird aber nach lokalen bzw. regionalen und überregionalen Stromausfällen unterschieden.

Lokale und regionale Stromausfälle

Bei einem Defekt im Niederspannungsnetz (230/400 V) sind einzelne Straßenzüge, Siedlungen oder – im ländlichen Raum – begrenzte Gebiete vom Stromnetz getrennt.
einzelne Stadtteile (-Bezirke) oder in ländlichen Regionen ganze Ortschaften können ausfallen, wenn Unterbrechungen im sogenannten Mittelspannungsnetz vorliegen.
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. Der Schwarzfall kann von einem Ausfall der Stromzuleitung, des Stromanschlusses oder der Steuerung der Anlage oder von einem Ausfall des übergeordneten Stromnetzes verursacht sein.

Überregionale Stromausfälle

Zu netzweiten, überregionalen Stromausfällen kommt es beispielsweise, wenn große Teile des Übertragungsnetzes oder des 110-kV-Netzes ausfallen.
Häufigste Ursache 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.
Eine weitere Ursache ist, wenn die Regelung des Netzes nicht oder nicht schnell genug auf Störungen oder Veränderungen im Stromnetz reagiert.

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 besonders dafür vorbereitete Gasturbinenkraftwerke oder Flusskraftwerke ohne äußere Energiezuführung starten. Die Leistung jener schwarzstartfähigen Kraftwerke dient in der Folge dazu, nicht schwarzstartfähige Kraftwerke wie Kohlekraftwerke in Stufen zu starten. Manche nicht schwarzstartfähigen Kraftwerke, beispielsweise Kernkraftwerke, verfügen aus Sicherheitsgründen auch über eigene schwarzstartfähige Einheiten, meist in Form von Gasturbinen, mit denen die Eigenversorgung und auch das Starten des Kraftwerks ohne äußere Energiezuführung möglich ist.

QUELLE: Wikipedia