Ein Störlichtbogen oder auch Fehlerlichtbogen ist in der elektrischen Energietechnik ein technisch unerwünscht auftretender Lichtbogen zwischen elektrischen Anlagenteilen. Ein Schaltlichtbogen tritt demgegenüber planmäßig zwischen den Kontakten elektrischer Schaltvorrichtungen auf.

Bei ungenügendem Abstand oder ungenügender Isolation zwischen zwei elektrischen Potenzialen kann es zu einem ungewollten Spannungsüberschlag kommen, in dessen Verlauf ein Lichtbogen entsteht. Dieser Spannungsüberschlag kann auch in einem elektrischen Bauteil selber entstehen, weil sich die Kontakte zu langsam trennen, oder die Isolationsschicht zwischen den stromführenden Teilen ihrer Isolierfähigkeit beraubt wurde.

Die Lichtbögen, die bei Spannungsüberschlag entstehen, setzen in der Regel die Lebensdauer des Bauteils massiv herab und können es im schlimmsten Fall auch zerstören.

Lichtbögen sind bei nicht isolierten, blanken Hochspannungsleitungen eine erhebliche Gefahr, da diese bereits bei der kontaktlosen Annäherung an die beteiligten Leiter, also ohne direkte Berührung, entstehen können.^[1][2][3] Durch die große Lichtbogenleistung und hohe Temperatur des Lichtbogens kommt es zu einer starken Lichtwirkung mit einem lauten Knall und brennbare Gegenstände in unmittelbarer Umgebung können Feuer fangen. Besonders an hochspannungsführenden Oberleitungen von Bahnanlagen wie etwa bei jenen der Deutschen Bahn oder der ÖBB kommt es immer wieder zu schweren Stromunfällen, wenn sich Menschen oder andere Lebewesen unterhalb des erforderlichen Mindestabstandes nähern (z. B. durch Klettern auf ein Zugdach) und ein Störlichtbogen entsteht.

Im Niederspannungsbereich können Störlichtbögen infolge von Störstellen in elektrischen Leitungen auftreten, meist bei folgenden Leitungsschäden:

• Beschädigte Isolation infolge von Leitungsquetschungen, Beschädigungen durch Nägel oder Schrauben oder zu geringe Biegungsradien bei elektrischen Leitungen. Hier können Kriechströme durch Verschmutzungen und Ablagerungen entstehen, die sich in einem Störlichtbogen entzünden
• Lose Kontakte bei nicht korrekt montierten Bauteilen, durch Nagetierverbiss und Erosion oder durch abgeknickte Leitungen. Hier entstehen Störlichtbögen durch ionisierte Gase zwischen den losen Leitungsenden

Bedingt durch die niedrigen Schleifenimpedanzen im Bereich einiger 10 mΩ in elektrischen Energieversorgungsnetzen, wie der Hauptverteilung von Niederspannungsnetzen, können Kurzschlüsse oder Installationsfehler zu sehr hohen Kurzschlussströmen bis zu einigen 10 kA führen. Der dabei entstehende Lichtbogen führt, durch die hohe Momentanleistung, zu einem schlagartigen Verdampfen von metallischem Kontaktmaterial, was in der Umgebung zu thermischen Schäden wie Verbrennungen führen kann.

Aus diesem Grund ist bei Arbeiten im potentiellen Wirkungsbereich eines Lichtbogens entsprechende störlichtbogenfeste Schutzkleidung mit Gesichtsschutz und Visier zu tragen und entsprechendes Werkzeug zu verwenden. Die Gefahrenbereiche umfassen unter anderem in Hauptverteilerkästen den Tausch von NH-Sicherungseinsätzen unter Spannung oder auch nichtelektrische Wartungsarbeiten in mit Hochspannung betriebenen Schaltanlagen.

Der Schutz von elektrischen Schaltanlagen vor Störlichtbögen kann große Sachschäden verhindern. Gleichzeitig werden auch Personenschäden reduziert. Bei geeigneter Auslegung von Störlichtbogenunterdrückungseinrichtungen können Anlagen auch nach kurzer Zeit, kleinen Reparaturen und Tausch der Schutzelemente wieder in Betrieb genommen werden. Der Schutz gliedert sich in die Vorbeugung, die Erkennung von Störlichtbögen und die Unterdrückung.

Störlichtbögen gehen oft Ereignisse voraus, die ihr Eintreten erst ermöglichen. Ursachen sind häufig Schäden an Isolationsmaterial, Schmutz, Feuchtigkeit und nicht zuletzt Versagen von Schaltgeräten. Ein normgerechter Aufbau von Schaltanlagen, beschädigungsfreies Verlegen von Kabeln und regelmäßige Wartung helfen potentielle Schäden zu erkennen.

Feuchtigkeit, die in Kabel oder Schaltanlagen eindringt, kann entweder direkt zum Aufbau von Kurzschlüssen führen, oder aber durch über längere Zeiträume stattfindenden Transport von Ionen. Galvanische Korrosion kann ursprünglich nichtleitende Objekte (Isolatoren) mit leitfähigen Filmen überziehen, die zu einem Störlichtbogen führen. In Mittelspannungs- und Hochspannungsanlagen kann die Ansammlung von Schmutz zu Inhomogenitäten im elektrischen Feld führen. Dort können Coronaentladungen stattfinden, die in der Lage sind, Isolatoren auf Dauer zu schädigen, bis diese ihre Funktion verlieren.

Eine regelmäßige Reinigung von Schaltanlagen kann Probleme durch Schmutz verhindern und hilft weitere Ursachen wie Korrosion zu erkennen.

Aber auch in falsch dimensionierten Anlagen können Isolatoren versagen. Werden ungeeignete Kabel z. B. für den Betrieb an Frequenzumrichtern verwendet, kann das Dielektrikum durch die auftretenden elektrischen Wechselfelder und Spannungsspitzen frühzeitig geschädigt werden.

Schäden an Dielektrika können durch regelmäßige Isolationsmessungen und ggf. Teilentladungsmessungen erkannt werden.

• Geht einem Störlichtbogen eine zunehmende Schädigung eines Dielektrikums voraus, so treten typische Entladungen über den entstehenden Kurzschluss auf. Diese sind oft zu klein, um einen Leitungsschutzschalter oder Leistungsschalter auszulösen. Die Ströme solcher Entladungen haben jedoch charakteristische Muster über Zeit und Frequenz. Mit modernen Signalprozessoren können solche Muster erkannt werden und die Anlage vor schwereren Schäden geschützt werden. Diese Art der Erkennung wird z. B. von Brandschutzschaltern verwendet.

• Ein Kurzschluss mit Störlichtbogen kann den Strom sehr hoch ansteigen lassen. Dieser Strom kann über einen magnetischen Auslöser die Kontakte einer Trenneinrichtung öffnen. Dies bedingt jedoch einen bereits hohen Strom und damit eine gewisse freigewordene Lichtbogenenergie.

• Wird statt dem Absolutwert des Stroms als Kriterium der schnelle Anstieg benutzt, wird von einem dI/dt-Schutz gesprochen. Bei Lichtbögen steigt der Strom schneller an, als bei typischen betriebsmäßigen Schaltvorgängen. Die Unterscheidung zwischen Lichtbogenströmen und betriebsmäßig auftretenden Stromschwankungen wird durch Signalprozessoren getroffen, die einen Abschaltbefehl an ein Schaltelement geben können.

• Störlichtbogen erzeugen durch ihr Plasma Licht mit einem breiten Spektrum mit einem hohen Anteil an Ultraviolettstrahlung (UV). Dieses kann durch geeignete optische Sensoren erkannt werden, die dann eine Schutzeinrichtung ansteuern. Diese Sensoren sind manchmal einzeln in jedem Schaltanlagenabschnitt positioniert. Häufig anzutreffen ist eine spezielle Form eines Lichtleiters, der durch alle Bereiche der Schaltanlage gespannt ist. Eintretendes Licht wird zum Teil durch Totalreflexion bis zum Ende des Lichtleiters geführt, wo der eigentliche Sensor positioniert ist. Optische Erkennungssysteme können teils durch störende äußere Einflüsse wie Kamerablitze und plötzlich einsetzendes Tageslicht ausgelöst werden, so dass entsprechende Sicherungsvorkehrungen nötig sein können.

Viele Systeme, die für größere Anlagen zum Einsatz kommen, kombinieren mehrere Erkennungsmethoden, um die Selektivität zu erhöhen, also Fehlauslösungen zu vermeiden.

Die naheliegendste Methode, die Energiefreisetzung im Störlichtbogen zu begrenzen ist die Trennung des Systems von der Stromzufuhr. Korrekt ausgelegte Leitungsschutzschalter, englisch Circuit-Breaker, oder Schmelzsicherungen können Kurzschlussströme selektiv abschalten und weitergehende Anlagenschäden verhindern.^[4]

• Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtungen englisch Arc-Fault-Detection-Devices, kurz AFDD, können Störlichtbögen im Niederspannungsbereich erkennen und den Stromfluss unterbrechen.^[5] Im Handel findet sich auch die Bezeichnung Brandschutzschalter.^[6]

Weiterhin können speziell dimensionierte Leistungsschalter, die z. B. durch eine dI/dt-Erkennung oder eine optische Erkennung angesteuert werden, die Abschaltzeit wesentlich verkürzen. Der Nachteil dieser Methode ist jedoch, dass auch eine Trennvorrichtung wie ein Leistungsschalter beim Öffnen unter hohem Strom erst einen Lichtbogen erzeugt, der dann im Schalter gelöscht wird. Dieser Schaltlichtbogen ist elektrisch in Reihe mit dem Störlichtbogen geschaltet. Er verringert dabei den Spannungsabfall über den Störlichtbogen, wodurch die Leistung desselben begrenzt wird. Da Leistungsschalter aber eine gewisse Ansprechzeit haben und das Verlöschen des Schaltlichtbogens auch eine Latenz aufweist, können oft Schäden an Schaltanlagen und Personen lediglich begrenzt werden. Es werden hier Abchaltzeiten unter 100 ms erreicht.

Einen umgekehrten Weg gehen Störlichtbogenunterdrückungssysteme, die den Störlichtbogen parallel kurzschließen. Dabei werden die Sammelschienen einer Schaltanlage durch ein Löschgerät miteinander und ggf. mit einer Erdung verbunden. Der gezielte niederohmige Kurzschluss der Sammelschienen führt dann zum regulären Auslösen der Leistungsschalter in der Einspeisung. Dies belastet zwar die Leistungsschalter extrem, diese sind jedoch für diesen Fall ausgelegt. Der mechanische Weg, um einen künstlichen Kurzschluss zu erzeugen, ist naturgemäß deutlich geringer, als der Weg, den eine Trennvorrichtung bis zum Verlöschen des Schaltlichtbogens zurücklegen muss. Damit wird dem Störlichtbogen durch den künstlichen Kurzschluss und den Zusammenbruch der Spannung sofort die Energie entzogen. Solche Einrichtungen können Abschaltzeiten unter 5 ms erreichen. Solch kurze Schaltzeiten

Kurzschließende Löschgeräte arbeiten entweder mit pyrotechnischen Treibsätzen, wie sie auch in Airbags verwendet werden oder mit vorgespannten Federelementen. Pyrotechnische Löschgeräte müssen nach Auslösung ersetzt werden, federbetriebene können unter Umständen mehrfach verwendet werden. Bei allen werden jedoch Kupferbolzen mit hoher Beschleunigung in eine Überbrückungsstellung zwischen den Außenleitern der Anlage und der Erdung geschoben. Diese Kurzschlusselemente sind so dimensioniert, dass sie den maximalen Kurzschlussstrom der Einspeisung sicher tragen können und die Spannung der Außenleiter garantiert auf nahe null zusammenbricht.

• Adolf J Schwab: Elektroenergiesysteme. 2., aktualisierte Auflage. Springer, Berlin u. a. 2009, ISBN 978-3-540-92226-1. 

1. ↑ Hans Kemper: Gefahren d. Einsatzst. - Elektrizität (Fachwissen Feuerwehr). ecomed-Storck GmbH, 2015, ISBN 978-3-609-69792-5 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 6. August 2016]). 
2. ↑ Kögler/Cimolino: Standard-Einsatz-Regeln: Elektrischer Strom im Einsatz. ecomed-Storck GmbH, 2014, ISBN 978-3-609-69719-2 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 8. Dezember 2016]). 
3. ↑ Michael Buchfelder, Albert Buchfelder: Handbuch der Ersten Hilfe. Schattauer Verlag, 2006, ISBN 978-3-7945-2404-4 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 8. Dezember 2016]). 
4. ↑ Störlichtbogenschutz Aktiver und passiver Störlichtbogenschutz (Memento vom 28. April 2010 im Internet Archive), abgefragt am 15. Januar 2011
5. ↑ DIN IEC 62606 Normentwurf
6. ↑ Produktbeispiel im Fachhandel (Memento vom 20. August 2012 im Internet Archive), abgefragt am 24. Mai 2012