Was ist ein Brownout?
Definition
Bei einem Brownout handelt es sich um ein Phänomen im Bereich der temporären Stromversorgungsunterbrechung. Die Energiewirtschaft unterscheidet zwischen einem kontrollierten Brownout und unkontrollierten Brownouts.
Kontrollierter Brownout: Gezielt begrenzter Stromausfall
Der kontrollierte Brownout ist eine gezielte Lastreduktion im Stromnetz: Die Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) nehmen große Stromverbraucher oder ganze Stadtviertel vom Netz und begrenzen den Stromausfall lokal. Dies reduziert die übermäßige Stromnachfrage und verhindert einen weitreichenden Systemzusammenbruch. Im Notfall sind die ÜNB – gemäß §13 (2) EnWG – für die Erhaltung der Stromnetzstabilität zu dieser Maßnahme verpflichtet. Dieser gezielte Lastabwurf markiert die letztmögliche Maßnahme zur Systemstabilisierung, wenn das Stromnetz überlastet ist. Im Idealfall kommunizieren die Übertragungsnetzbetreiber den Stromausfall den betroffenen Stromverbrauchern vor Beginn des Brownouts.
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In der Grafik ist der gezielte Brownout ganz rechts unterhalb der "Eingriffe durch Netzbetreiber/ Bundesnetzagentur" zu finden. Die Übertragungsnetzbetreiber trennen einzelne Stromverbraucher oder Gebiete vom Netz, um einen großflächigen Stromausfall (Blackout) zu verhindern.
Unkontrollierter Brownout
Der unkontrollierte Brownout (engl. „(voltage) sag“) ist eine Erscheinungsform von unvorhersehbaren Stromausfällen im Hochspannungsnetz. Beim Brownout kommt es zu keinem vollständigen Stromausfall, sondern zu einer geringfügigen Spannungsabsenkung im Stromnetz. Der Strom fließt also weiterhin zum Endverbraucher, die Spannung fällt allerdings merklich ab. Dieser Spannungsabfall dauert maximal eine Minute lang. In der Regel tritt der Brownout gemeinsam mit einer Netzüberlastung auf, die durch einen unerwartet hohen Strombedarf entsteht. Diese kurzzeitige Netzinstabilität tritt beispielsweise auf, weil zu wenig Regelleistung zur Verfügung steht. Zusätzlich können schlechtes Wetter oder technische Störungen Ursachen eines unkontrollierten Brownouts sein.
Normalerweise kommt es bei den kurzfristigen Spannungsabfällen zu keinen ernstzunehmenden Schäden. Elektronische Geräte können unterschiedlich auf einen solchen kurzzeitigen Spannungsabfall reagieren: Manche zeigen sich vollkommen unbeeinflusst, wohingegen andere Komponenten wesentlich sensibler reagieren. Beispielsweise führt ein fehlender Batteriespeicher zu einem Daten- oder Funktionsverlust des elektronischen Geräts. Um dem entgegenzuwirken, setzen die Übertragungsnetzbetreiber Spannungsüberwachungssysteme (Brownout-Detection) ein, die einen bevorstehenden unkontrollierten Brownout erkennen und das Zwischenspeichern wichtiger Daten automatisch veranlassen.
Die Herkunft des Begriffs "Brownout" bezieht sich übrigens auf das Flackern und Verdunkeln von Glühbirnen während des Spannungsabfalls, das in den Anfangszeiten des Stromnetzes häufig vorkam. Stromverbraucher nahmen den Brownout damals als „augenblickliches Zucken“ unmittelbar wahr.
Die Anzahl überregionaler Brownouts hat sich in Europa deutlich verringert. Dafür sind die verlässlichen Stromnetze verantwortlich. Laut der Bundesnetzagentur steht Deutschland im europäischen Vergleich bei der Versorgungssicherheit weit vorn (SAIDI-Index). In Japan kommen Brownouts dagegen häufiger vor. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, dass die Netzfrequenz in Westjapan auf 50 Hertz genormt ist und im Osten des Landes auf 60 Hertz. Brownouts treten jedoch eher in kleineren oder unterentwickelten Stromnetzen auf.
„Netzwischer“ und Blackout
Diese beiden Varianten des unerwarteten Stromausfalls sind keine unkontrollierten Brownouts:
Netzwischer: Der Strom fällt durch Blitzeinschläge oder Erdschlüsse manchmal innerhalb von Sekundenbruchteilen komplett aus. Diese sogenannten Netzwischer treten zeitlich meist unmittelbar vor einem Brownout auf. In der Regel bemerken Stromverbraucher diese Netzwischer nicht, da automatische Regelsysteme die Stromversorgung binnen einer Sekunde eigenständig wiederherstellen. Für eine derart schnelle Reaktion bedarf es einer kritischen Masse an vorgehaltener Regelleistung, die beispielsweise Notstromaggregate bereithalten können. Durch sie kommt es in der Regel zu keinen Systemschäden.
Blackout: Eine diskontinuierliche Stromversorgung, die über mehrere Minuten anhält, bewirkt einen Totalausfall – auch unter dem Begriff Blackout bekannt. Bei diesem kommt es zu einem vollständigen Spannungsausfall. Der Brownout wirkt in manchen Fällen gewissermaßen als Vorbote eines Blackouts. Der Blackout dauert möglicherweise mehrere Wochen lang und führt, verglichen mit einem Brownout, erhebliche Konsequenzen für das öffentliche und privaten Leben herbei.
Quellen
- Bit Adc; The Pennsylvania State University CiteSeerX Archives: Special Microcontroller Features – Power-on Reset and Programmable Brown-out Detection – Internal Calibrated RC Oscillator. 2013. Page: 33.
- Graves, Michael: Computer Technology Encyclopedia. Quick References for Students and Professionals. Delmar, 2009. Page: 79f.
- McGranaghan, Mark; Mueller, Dave: Effects of Voltage Sags in Process Industry Applications. Knoxville, 2011.
- Orlowski, Andrew: US Power Brown-out causes Net, Phone chaos: http://www.theregister.co.uk/2003/08/15/us_power_brownout_causes_net/ (09.03.2016).
- Wyatt, Alan: Electric Power Challenges and Choices. The Book Press Limited. Toronto, 1986. Page: 63.
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