мини|десно|upright=1.25|Светла возила су пружала једино осветљење током еквадорске енергетске кризе 2009. године.
Нестанак струје, такође познат и као прекид напајања, губитак струје, прекид струје , представља потпуни губитак снабдевања електричном енергијом на мрежи за крајњег корисника.
Постоји много узрока кварова у електроенергетској мрежи. Примери ових узрока укључују кварове у електранама, оштећења на далеководима за пренос електричне енергије, трафостаницама или другим деловима дистрибутивног система, кратки спој, каскадни квар, као и активирање осигурача или прекидача.
Нестанци струје су посебно критични на локацијама где су животна средина и јавна безбедност угрожени. Институције попут болница, постројења за пречишћавање отпадних вода и рудника обично имају резервне изворе напајања, као што су сигурносни агрегати, који се аутоматски покрећу када се изгуби електрично напајање. Други критични системи, као што су телекомуникације, такође су обавезни да имају резервно напајање. Батеријска соба телефонске централе обично има низове оловно-киселинских акумулатора за резервно напајање, као и прикључак за повезивање агрегата током дужих периода прекида.
Током нестанка струје долази до прекида у снабдевању електричном енергијом, што резултира губитком струје у домовима, предузећима и другим објектима. Нестанци струје могу настати из различитих разлога, укључујући тешке временске услове (нпр. олује, урагани или мећаве), земљотресе, кварове опреме или преоптерећење мреже.
Врсте мини|Прекид напајања (blackout) мини|Пролазни квар
Нестанци струје се категоришу у три различита феномена, у зависности од трајања и ефекта прекида:
Пролазни квар је губитак напајања који је обично узрокован кваром на далеководу, нпр. кратким спојем или прескоком електричног лука. Напајање се аутоматски успоставља након уклањања квара. Делимични прекид напајања (енгл. brownout) представља пад напона у снабдевању електричном енергијом. Термин потиче од затамњења које се јавља код инкандесцентног осветљења када напон опадне. Делимични прекиди могу изазвати лош рад опреме или чак њено неисправно функционисање. Прекид напајања (енгл. blackout) је потпуни губитак струје на ширем подручју и дуготрајног је карактера. То је најтежи облик нестанка струје који се може догодити. Прекиди који произилазе из или резултирају искључењем електрана посебно су тешки за брз опоравак. Нестанци могу трајати од неколико минута до неколико недеља, у зависности од природе прекида и конфигурације електричне мреже.
Рестрикције струје се дешавају када потражња за електричном енергијом премаши понуду, што омогућава да неки корисници добију струју на потребном напону на рачун других корисника који уопште не добијају струју. Оне су уобичајена појава у земљама у развоју, и могу бити унапред заказане или се десити без упозорења. Такође су се дешавале у развијеним земљама, на пример током калифорнијске енергетске кризе 2000–2001. године, када је владина дерегулација дестабилизовала велепродајно тржиште електричне енергије. Прекиди се такође користе као мера јавне безбедности, као што је спречавање избијања пожара услед цурења гаса (на пример, струја је искључена у неколико градова као одговор на експлозије гаса у долини Меримек), или ради спречавања шумских пожара око лоше одржаваних далековода (као током искључења струје у Калифорнији 2019.).
Заштита електроенергетског система од нестанка струје мини|десно|Гране дрвећа стварају кратки спој на далеководима током олује 21. јула 2006. године. Ово обично резултира нестанком струје у области коју снабдевају ови водови.
У мрежама за снабдевање електричном енергијом, производња енергије и електрично оптерећење (потражња) морају бити готово једнаки сваке секунде како би се избегло преоптерећење компоненти мреже, што их може озбиљно оштетити. Заштитни релеји и осигурачи се користе за аутоматско откривање преоптерећења и за искључивање кола која су у опасности од оштећења.
Под одређеним условима, гашење компоненте мреже може изазвати флуктуације струје у суседним сегментима мреже, што доводи до каскадног квара већег дела мреже. Ово се може кретати од зграде, преко блока, до целог града, па све до целокупне електричне мреже.
Модерни електроенергетски системи су дизајнирани да буду отпорни на ову врсту каскадних кварова захваљујући залихости (редунданси). Пошто у неким случајевима не постоји краткорочна економска корист од инвестирања ради спречавања ретких кварова великих размера, истраживачи су изразили забринутост да постоји тенденција да се временом умањи отпорност мреже, што се исправља тек након што се догоди велики квар. У публикацији из 2003. године, Карерас и коаутори су тврдили да смањење вероватноће малих прекида само повећава вероватноћу оних већих. У том случају, краткорочна економска корист од одржавања задовољства појединог купца повећава вероватноћу великих нестанака струје.
Комитет Сената Сједињених Држава за енергетику и природне ресурсе одржао је саслушање у октобру 2018. како би испитао процедуре црног старта, процеса обнављања електричне енергије након губитка струје на нивоу целог система. Сврха саслушања била је да Конгрес сазна какви су резервни планови у индустрији електричних услуга у случају да електроенергетска мрежа буде оштећена. Претње по електричну мрежу укључују сајбер-нападе, соларне олује и тешке временске услове, између осталог. На пример, „нестанак струје на Североистоку 2003.” изазван је када је прерасло дрвеће додирнуло високонапонске далеководе. Око 55 милиона људи у САД и Канади остало је без струје, а њено обнављање коштало је око 6 милијарди долара.
Кључни показатељи перформанси Комунална предузећа се мере према три специфичне мере перформанси: Индекс просечног трајања прекида у систему (SAIDI), мерен у минутима Индекс просечног трајања прекида за корисника (CAIDI), мерен у минутима Индекс просечне учесталости прекида за корисника (CAIFI)
Заштита рачунарских система од нестанка струје Рачунарски системи и други електронски уређаји који садрже логичка кола су подложни губитку података или оштећењу хардвера које може бити узроковано изненадним губитком напајања. Ово може укључивати опрему за пренос података на мрежи, видео-пројекторе, алармне системе, као и рачунаре. Да би се рачунарски системи заштитили од овога, коришћење беспрекидног напајања (UPS) може обезбедити константан проток електричне енергије ако примарно напајање постане недоступно на кратак временски период. За заштиту од струјних удара (догађаја где напони расту на неколико секунди), који могу оштетити хардвер када се струја врати, може се користити посебан уређај назван пренапонска заштита који апсорбује вишак напона.
Обнова напајања након обимног нестанка струје Обнављање напајања након нестанка струје на великом подручју може бити тешко, јер електране морају бити враћене на мрежу. Обично се то ради уз помоћ енергије из остатка мреже. У потпуном одсуству мрежног напајања, потребно је извршити црни старт како би се електрична мрежа покренула у рад. Начини на које се то ради умногоме зависе од локалних околности и оперативних политика, али обично компаније за пренос електричне енергије успостављају локализована „енергетска острва” која се затим постепено спајају заједно. Да би се током овог процеса одржале фреквенције напајања у границама толеранције, потражња мора бити поново повезана истим темпом којим се обнавља производња, што захтева блиску координацију између електрана, организација за пренос и дистрибуцију.
Теорије мини|Поређење трајања нестанака струје (вредност SAIDI), 2014. године. Напомена: овај графикон је на немачком језику.
Самоорганизована критичност
На основу историјских података и рачунарског моделовања, тврди се да су електричне мреже самоорганизовани критични системи. Ови системи показују неизбежне сметње свих величина, све до величине целог система. Овај феномен се приписује стално растућој потражњи/оптерећењу, економици управљања електропривредом и ограничењима модерног инжењеринга.
Иако се показало да се учесталост нестанака струје смањује када систем ради даље од своје критичне тачке, то генерално није економски изводљиво, што узрокује да добављачи повећају просечно оптерећење током времена или ређе врше надоградње, што доводи до тога да се мрежа сама приближава својој критичној тачки. Насупрот томе, систем који је прошао критичну тачку доживеће превише нестанака струје, што ће довести до надоградњи на нивоу целог система које ће га вратити испод критичне тачке. Термин критичне тачке система се овде користи у смислу статистичке физике и нелинеарне динамике, представљајући тачку у којој систем пролази кроз фазни прелаз; у овом случају, прелаз са стабилне поуздане мреже са мало каскадних кварова на веома спорадичну и непоуздану мрежу у којој су каскадни кварови чести. Близу критичне тачке, однос између учесталости нестанака струје и њихове величине прати дистрибуцију по степенском закону.
Каскадни кварови постају много чешћи близу ове критичне тачке. Однос по степенском закону видљив је како у историјским подацима, тако и у моделираним системима. Пракса рада ових система много ближе њиховом максималном капацитету доводи до појачаних ефеката насумичних, неизбежних сметњи услед старења, временских услова, људске интеракције итд. Док су близу критичне тачке, ови кварови имају већи ефекат на околне компоненте јер појединачне компоненте носе веће оптерећење. Ово резултира тиме да се веће оптерећење са покварене компоненте мора прерасподелити у већим количинама преко целог система, што чини вероватнијим да ће додатне компоненте, које нису директно погођене сметњом, такође заказати, изазивајући тако скупе и опасне каскадне кварове. Ове почетне сметње које изазивају нестанке струје су утолико неочекиваније и неизбежније због акција које добављачи енергије предузимају како би спречили очигледне сметње (сечење грана дрвећа, раздвајање водова у ветровитим подручјима, замена застарелих компоненти итд.). Сложеност већине електричних мрежа често чини идентификацију почетног узрока нестанка струје изузетно тешком.
Лидери одбацују системске теорије које закључују да су нестанци струје неизбежни, али се слажу да се основни начин рада мреже мора променити. Институт за истраживање електричне енергије (EPRI) залаже се за употребу функција паметне мреже, као што су уређаји за контролу снаге који користе напредне сензоре за координацију мрежом. Други заступају већу употребу електронски контролисаних сигурносних преграда за једносмерну струју високог напона (HVDC) како би се спречило каскадно ширење сметњи преко водова наизменичне струје у синхроној мрежи широког подручја.
ОПА модел Године 2002., истраживачи у Националној лабораторији Оук Риџ (ORNL), Истраживачком центру за електроенергетске системе Универзитета у Висконсину (PSerc), и Универзитета Аљаске у Фербанксу предложили су математички модел за понашање система за дистрибуцију електричне енергије. Овај модел је постао познат као ОПА модел, као референца на имена институција аутора. ОПА је модел каскадних кварова. Остали модели каскадних кварова укључују Manchester, Hidden failure, CASCADE и Branching. ОПА модел је квантитативно упоређен са моделом комплексних мрежа за каскадне кварове — Crucitti–Latora–Marchiori (CLM) моделом, показујући да оба модела испољавају сличне фазне прелазе у просечном оштећењу мреже (растерећење/потражња у ОПА, оштећење путање у CLM), у односу на капацитет преноса.
Смањење учесталости нестанка струје Ефекти покушаја ублажавања каскадних кварова у близини критичне тачке на економски исплатив начин често се показују као некорисни, а понекад чак и штетни. Четири методе за ублажавање су тестиране коришћењем ОПА модела нестанака струје:
Повећање критичног броја кварова који изазивају каскадне нестанке струје — Показало се да смањује учесталост мањих нестанака струје, али повећава учесталост већих. Повећање максималног оптерећења појединачног далековода — Показало се да повећава учесталост мањих нестанака струје и смањује учесталост већих.