Lichtbogen

Zwei Leser meinen, meine Aussage zu Lichtbögen sei falsch.

Ich hatte im Artikel zum Schweizer Brand erwähnt, dass ich mal den Fall einer explodierten Steckdose (Bodentank im Doppelboden) untersucht habe, bei dem die Leute, die dabei waren, übereinstimmend, ernsthaft und glaubwürdig erklärten, sie hätten einen Lichtbogen aus dem Bodentank gesehen, was bei 230 Volt aber physikalisch nicht möglich sei. Ich hatte mir das angesehen und hatte in der Steckdose und am Stecker verkohlte Verbrennungsspuren und -wirbelmuster entdeckt, obwohl sich durch Abwischen zeigte, dass der Kunststoff der Steckdose unbeschädigt war. Woher kam der Kohlenstoff aus der verkohlten Ablagerung? Lichtbögen hinterlassen keinen Kohlenstoff. Ich hatte das mit anderen Steckdosen verglichen und war zu dem Schluss gekommen, dass durch einen Funken zwischen Stecker und Steckdose, wie er beim Einstecken (steckt mal im Dunkeln ein USB-Netzteil in die Steckdose) immer im Kleinen auf Millimeterdistanz passieren kann, der Staub, der sich da abgelagert hatte, gezündet hat und eine Art Staubexplosion, womöglich durch den Luftwirbel beim Öffnen des Deckels entstanden war, und das, was die Leute für einen Lichtbogen gehalten hatten, in Wirklichkeit eine ganz kleine Staubexplosion war, ein kurzes Leuchten eben. Und daher die verkohlten Ablagerungen auf der Steckdose kamen.

Dazu schrieben mir Leser einen vom Schweißen:

Als ob 230V größere Lichtbögen erzeugen könnte.

Herr Danisch, hier sind Sie im Irrtum. Selbstverständlich geht das bei 230 Volt. Zu fragen ist eher nach der Stromstärke. Denken Sie nur an das normale Lichtbogenschweißen. Das macht man ja mit einem Trafo. Der liefert ordentlich Ampere, und irgendeine Spannung im zweistelligen Bereich. Kann man ja auch spüren, wenn es am Arbeitsplatz mal feucht wird. Stellen Sie sich das Setup doch mal unter dem Gesichtspunkt der Elektrosicherheit vor: Werkstück und wohl auch der Boden, auf dem Sie stehen sind Masse – und dann schauen Sie mal auf das Isolationsniveau des Elektrodenhalters. Trocken geht’s, aber feucht zwickt es auch schnell einmal. Das müssen Niederspannungen sein.

…ich hab das als Halbwüchsiger auch mal in Vaters Garage mit direkten Netzstzrom probiert: ein Eimer voll Kochsalzlösung mit zwei Eisenstangen drin als Vorwiderstand. Zwei Kohleelektroden (große Zink-Kohle-Trockenbatterien seziert, von Weidezaungeräten, und die Dinger rotteten überall in der Dorflandschaft vor sich hin….) Also unverzweigter Stromkreis, und eine 25-Ampere-Sicherung reingedreht. (16 brannten durch!). Damit gelang es tatsächlich, einen recht stabilen Lichtbogen von ein paar Zentimetern Länge zu erzeugen. Zünden per Kurzschluss, und auseinanderziehen. Das Erlebnis war beeindruckend: Akustisch das 50-Hz-Brummen, optisch sowieso. Ebenso die Wärmestrahlung und der Geruch nach Ozon und Stickstoffoxid. Wassereimer warm. Ich hab’s überlebt. 😉 Und ein Mint-Fach studiert.

In Erinnerung auch die Herstellung des Hausanschlusses am -neuen- Erdkabel im Fußweg (junge Nachwendezeit, Dresden). Aluminiumleiter, plasteisoliert. Die Einbindung erfolgt ohne Netzunterbrechung. Der Elektriker legt einen Käfig um das Straßenkabel, und dann drückt er per Schraubtrieb Dornen durch die Isolationsschichten ins Leiteraluminium hinein. Er möge dabei gut zielen……. Beeindruckend sein Arbeitsschutz dabei: Dicke Lederhandschuhe, Schürze und Vollvisier. Bei Kurzschluss gibt’s durchaus nicht nur einen “Knall” – sondern bei einer Vorsicherung von mehreren hundert oder auch Tausend Ampere sollte da sehr wohl ein Lichtbogen zünden. Ob Leiter gegen Sternpunkt mit 240 Volt, oder Leiter-Leiter mit 400, dürfte da unerheblich sein.

Ich würde nach meiner Erfahrung also drauf tippen, dass die Begrenzung der “normalen” Wohnungsinstallation auf 16 A auch damit was zu tun hat, dass bei Kurzschluss die Sicherung rausfliegt und fertig. Kein Bogen. Hab ich zumindest nie beobachtet. Mit 25 Ampere schon……. Damit hätte das amerikanische System mit halber Spannung zwar das geringere Berührungsrisiko – aber über die höheren Ströme ein größeres Risiko bei Kurzschluss. Waschmaschine, Trockner oder Herd müssen dort ja 20 oder 25 Ampere haben – und dass unter jenen Bedingungen der Bogen zünden kann, hab ich ja selbst gesehen.

Re: https://www.danisch.de/blog/2026/01/02/toedliche-gefahrentaubheit/

Erstmal ein Gutes neues Jahr, Hadmut!

Du schreibst, gefragt worden zu sein: “.. ob 230V größere Lichtbögen erzeugen könnte.”

Das scheint mir ein wenig die falsche Frage – falls Du nochmal gefragt wirst. Bei handelsüblichen Elektroschweissgeräten (https://www.amazon.de/G%C3%BCde-Schwei%C3%9Fger%C3%A4t-Inverterschwei%C3%9Fger%C3%A4t-Schwei%C3%9Fapparat-Schwei%C3%9Fmaschine/dp/B0BJ2DVPKX)
beträgt die Betriebsspannung an den Elektroden ca. 30V (2,6 kVA / 120 A). Ob ein Lichtbogen entsteht, hängt aber nicht von der Spannung ab, die im Betrieb an den Elektroden vorliegt sondern davon, ob erstens die
Durchschlagspannung von Luft (ca. 3kV/mm) erreicht wird, und zweitens nach dem Durchschlag ein genügend starker Strom fließt, der sich durch sein eigenes Magnetfeld im Plasmakanal zusammenhält.

Die Durchschlagspannung wird dabei typischerweise durch Selbstinduktion erreicht: Wenn ein Strom abrupt unterbrochen wird, erzeugt er eine Spannung proportional zur Abnahmerate des Stroms, bei einem
Theta-Funktions-artigen Sprung also unendlich hohe Spannunng. So etwas kann in der Steckdose passieren, wenn ein Staubkorn einen Kurzschluss herstellt und dann aufgrund des hohen Stroms verdampft oder
aufgrund der strombedingten Erwärmung weggeblasen wird.

Sind Durchbruchspannung (abstandsabhängig) und genügend hoher Strom einmal errreicht, bleibt der Lichtbogn bestehen, solange der Strom fließt – unabhängig von der Spannung und insbesondere, ob die
Durchbruchspannung noch überschritten ist. Deshalb kann man beim Elektroschweissen den Lichtbogen lang ziehen und die Elektroden in einigem Abstand zum Werkstück führen.

Jetzt kommt es zur dritten Bedingung für einen Lichtbogen: der Strom muss stabil fließen, um den Ionenkanal im Lichtbogen aufrecht zu erhalten. Und das ist bei Wechselstrom naturgemäß schwieriger, da es
100 Mal in der Sekunde einen Nulldurchgang im Strom gibt, in dem der Lichtbogen zusammenfallen kann, wenn er nicht heiss genug ist.

Deshalb schweisst man nicht mit Wechsel- sondern mit Gleichstrom. In Umspannwerken gibt es trotzdem stabile lange Lichtbögen beim Schalten. Da sind die Ströme einfach hoch genug, dass das Plasma beim
Nulldurchgang nicht rekombiniert und der Lichtbogen wieder zünden kann.

Nein.

Beim Elektroschweißen gibt es eben keinen Lichtbogen durch die Luft. Und der springt auch nicht an.

Wenn man das mal sieht, wie die schweißen, dann sieht man, dass die immer erst einmal das Werkstück mit der Spitze antippen müssen, damit ein Kurzschluss entsteht und das Ding heiß wird. Und dann haben sie eben Plasma. Plasma ist stark ionisiert und sehr gut elektrisch leitend, weshalb man eben keine Durchschlagspannung überwinden muss, sondern erst das Plasma erzeugt und das dann „aufzieht“.

Im Bodentank eines Bürogebäudes gibt es zwar Staub. Aber kein Plasma.

Und eben Wechselstrom.

Mit begrenzter Stromleistung. Nicht durch die Sicherung, die eine gewisse Trägheit hat, sondern durch den Innenwiderstand der Leitungen. Man bekommt die Ströme da gar nicht hin ohne einen (Schweiß-)Trafo.

Das hat man bei der Steckdose aber eben nicht. Zwar ist das passiert, als jemand den Stecker reingesteckt und vor Schreck wieder zurückgezogen hat. Also schon Kontakt mit wegziehen. Aber eine stabile Menge von Plasma kann dabei nicht entstehen, schon gar nicht bei Wechselstrom. Wir sind hier nicht bei den Hoch- und Mittelspannungen der Umspannwerke.

Sonst würden ja such ständig Lichtbögen zwischen den Lüsterklemmen entstehen oder man einen Lichtbogen gescheuert bekommen, wenn man zu nah an der Steckdose vorbei geht.

Man kann nicht einfach Steckdosen mit Schweißtrafos vergleichen, weil Schweißtrafos nur 40 bis 60 Volt liefern.

Schweißtrafos beruhen darauf, dass es durch – schlechte – Berührung und Kurzschluss heißen Kontakt gibt und dann eine Plasmastrecke aufgezogen wird, für die es keine hohe Spannung braucht, weil sie stark leitend ist.

Was es bei 230V freilich gibt, und das könnte bei der Steckdose bei Verschmutzung auch mit reingespielt haben, sind Kriechströme. Aber das ist was anderes.

Ich habe zwar keine Ahnung vom Schweißen und das noch nie gemacht, aber die KI erzählt mir zur Länge des Lichtbogens

Beim Lichtbogenhandschweißen (E-Hand) entspricht sie idealerweise dem Elektrodendurchmesser, während beim MIG/MAG-Schweißen der Abstand zwischen Stromdüse und Werkstück (Freies Drahtende) etwa das 10- bis 12-Fache des Drahtdurchmessers beträgt, oft ca. 1 cm.

Es ist also fraglich, ob selbst ein Schweißtrafo mit stehendem Plasmalichtbogen überhaupt in der Lage wäre, eine Lichtbogen zu produzieren, der außerhalb einer Steckdose im Bodentank so weitreichen könnte, dass die Umstehenden ihn unmittelbar sehen können. Denn meistens sieht man beim Schweißen nicht den Lichtbogen, sondern nur das Widerleuchten der Umgebung und des Schweißers.

Könnten 230 Volt Wechselstrom einen solchen Lichtbogen verursachen, bräuchte man ganz andere Elektroeinrichtungen.

Und selbst wenn: Lichtbögen enthalten keinen Kohlenstoff. Die können keine Verkohlungen hinterlassen. Und am Kunststoff von Steckdose und Stecker, die als einzige Kohlenstoffquelle in Frage kämen, waren zwar die Kohlenstoffablagerungen festzustellen, aber keinerlei Beschädigungen oder Abnutzungen, dafür entsprach das Rußmuster dem Staubmuster. Da hat der Staub gezündet.

Zwar ist es durchaus zu einem Funken – ist ja auch in kurzer und kurzzeitiger „Lichtbogen“ – gekommen, so wie wenn man ein Steckernetzteil einsteckt und im Dunkeln guckt. Aber das wäre in diesem Bodentank nicht sichtbar gewesen.

Ich halte zwar nicht viel von KI, aber weil die Zeit knapp ist, noch ein Zitat von der Grok-KI:

Warum hält der Bogen bei niedriger Spannung?

Sobald der Bogen gezündet ist, entsteht ein heißes Plasma (Temperaturen bis 6000–10.000 °C) aus ionisierten Gasen, Metalldampf und Elektronen. Dieses Plasma ist hochleitfähig und wird durch thermische Ionisation selbstständig aufrechterhalten: Die Hitze sorgt ständig für neue Ionen und Elektronen. Der Bogen ist kurz (nur wenige Millimeter), und die hohe Stromstärke (oft 100–300 A) liefert genug Energie, um die Ionisation zu erhalten. Der Spannungsabfall ist gering, weil der Widerstand des Plasmas sehr niedrig ist – im Gegensatz zu kalter Luft, wo hohe Spannung nötig wäre, um den Durchschlag zu erzwingen. Physikalisch gesehen folgt die Zündung grob dem Paschen-Gesetz (Durchbruchspannung in Gasen hängt von Druck und Abstand ab), aber beim Schweißen werden die Bedingungen (kurzer Abstand, heiße Oberflächen, Metalldampf) so gewählt, dass der Bogen leicht zündet und stabil bleibt, auch bei niedriger Spannung.Zusammenfassend: Die niedrige Spannung reicht aus, weil der Bogen nicht in kalter Luft gezündet und gehalten wird, sondern durch Kontakt, Erhitzung und das resultierende leitfähige Plasma – ein selbstverstärkender Prozess. Das macht Elektroschweißen sicher und effizient.

Und das sind eben Bedingungen, wie sie beim Vorfall mit der Steckdose einfach nicht bestanden.