So genannte Fehlerlichtbögen in elektrischen Leitungen oder Anlagen zählen zu den häufigsten Brandursachen. Zu unterscheiden sind serielle und parallele Fehlerlichtbögen.
Parallele Fehlerlichtbögen
Parallele Fehlerlichtbögen treten zwischen Außenleiter gegen Erde oder Schutzleiter (PE), zwischen zwei Außenleitern oder zwischen Außen- und Neutralleiter auf.
Serielle Fehlerlichtbögen
Serielle Fehlerlichtbögen können bei der Unterbrechung eines Leiters oder in Folge von losen Kontakten entstehen. Zu den häufigsten Ursachen serieller Fehlerlichtbögen zählen beschädigte Kabelisolierungen (zum Beispiel durch Nägel, Schrauben oder Befestigungsklammern), gequetschte Leitungen bei der Verlegung durch offene Türen und Fenster, Kabelbrüche durch zu enge Biegeradien, abgeknickte Stecker und Leitungen, etwa durch unachtsam verschobene Möbel, sowie gelockerte Kontakte und Anschlüsse in Schaltern oder Steckdosen.
Zusätzlich können Umwelteinflüsse wie Hitze, Feuchtigkeit, Gase und im Außenbereich UV-Strahlung und Nagetierverbiss die Kabel angreifen sowie leitende Verschmutzungen und Kondensationswasser unerwünschte Kontakte herstellen.
Entsteht durch die Beschädigung einer Leitung eine Engstelle mit reduziertem Querschnitt, so führt dies unter Strombelastung zur Temperaturerhöhung und kann in der nächsten Phase über Oxidation des heißen Kupfers zu Kupferoxid führen. Im Weiteren wird die Isolierung erhitzt und karbonisiert. Bei zunehmend starker Erhitzung schmilzt und vergast das Kupfer, es entsteht ein Luftspalt und sporadische Lichtbögen treten auf. Bei ungefähr 6.000 °C können sich diese über die karbonisierte Isolierung stabilisieren. Eine mögliche Folge ist Kabelbrand.
Umfangreiche Versuche zur Entstehung serieller Fehlerlichtbögen bei der in Europa üblichen Spannung von 230 Volt (V) sowie unter Verwendung des deutschlandweit gebräuchlichsten Kabeltyps NYM ergaben: Erst ab einer gewissen Energie karbonisiert eine Fehlerstelle und erlangt dadurch signifikante Lichtbogenstabilität. Die Zeit bis zur Flammenbildung hängt stark vom Laststrom ab. Bei Strömen unter 3 Ampere (A) sind die Lichtbögen sehr instabil, meist ist nur ein Glühen zu beobachten, das über einen längeren Zeitraum jedoch die Fehlerstelle so verkohlen kann, dass sich für einige Zehntelsekunden bis Sekunden ein stabiler Bogen bildet. Die Zündenergie liegt hier bei rund 300 Joule. Unterhalb von 2 A hat selbst ein stabiler Lichtbogen häufig nicht die nötige Leistung, das Kabel zu entzünden.
Im mittleren Bereich zwischen 3 bis 10 A – die meisten im Haushalt üblichen Elektrogeräte fallen in diese Kategorie – ist die Wahrscheinlichkeit am größten, dass gefährliche Fehlerlichtbögen entstehen. Das Auftreten erster und signifikanter Flammen (das heißt dauerhafter Flammen über 5 bzw. 50 ms) liegt hier bei rund 80 Prozent. Die Zündenergie beträgt konstant 450 Joule. Im oberen Bereich über 10 A ist die Leistung des Lichtbogens so groß, dass
Flammen sehr schnell und ohne Verkohlung auftreten. Äußerst gering ist hingegen die Lichtbogenstabilität. Gleichzeitig liegt die Wahrscheinlichkeit signifikanter Flammen bei weniger als 35 bzw. die stabiler Flammen bei unter 5 Prozent. Ein Grund dafür ist das Verdampfen des verkohlten Materials, sodass sich kein Kohlenstoffpfad bildet. Zudem können serielle Lichtbögen mit hoher Leistung die beiden Kupferleiter unter Umständen wieder zusammenschmelzen und die Fehlerstelle „reparieren“. Doch auch wenn stabile Lichtbögen über 10 A selten sind, stellen die in diesem Bereich möglichen kurzen und heftigen Flammen eine ernsthafte Gefahr dar.