Elektrischer Lichtbogen

Ein Lichtbogen (oder eine Lichtbogenentladung ) ist ein elektrischer Durchschlag in einem Gas , der eine anhaltende elektrische Entladung erzeugt . Der Stromfluss durch ein normalerweise nichtleitendes Medium wie Luft erzeugt ein Plasma , das sichtbares Licht emittieren kann . Eine Lichtbogenentladung wird entweder durch Thermionenemission oder durch Feldemission gezündet . ^{[ 1 ]} Nach der Zündung beruht der Lichtbogen auf der Thermionenemission von Elektronen aus den Elektroden , die den Lichtbogen tragen. Eine Lichtbogenentladung zeichnet sich durch eine niedrigere Spannung als eine Glimmentladung aus . Eine veraltete Bezeichnung ist voltaischer Lichtbogen , wie er in der Redewendung „Volta-Bogenlampe“ verwendet wird.

Techniken zur Lichtbogenunterdrückung können eingesetzt werden, um die Dauer oder die Wahrscheinlichkeit der Lichtbogenbildung zu verringern.

Im späten 19. Jahrhundert war die elektrische Bogenbeleuchtung weit verbreitet, insbesondere für die öffentliche Beleuchtung . Einige Niederdruck-Lichtbögen finden in vielen Anwendungen Verwendung. So werden beispielsweise Leuchtstoffröhren , Quecksilber-, Natrium- und Metallhalogenlampen zur Beleuchtung eingesetzt; Xenon-Bogenlampen wurden für Filmprojektoren verwendet . Lichtbögen können auch in Fertigungsprozessen wie dem Lichtbogenschweißen , dem Plasmaschneiden und in Lichtbogenöfen für das Stahlrecycling eingesetzt werden.

Sir Humphry Davy entdeckte den kurzgepulsten elektrischen Lichtbogen im Jahr 1800. ^{[ 2 ]} 1801 beschrieb er das Phänomen in einem Artikel, der in William Nicholsons „ Journal of Natural Philosophy, Chemistry and the Arts“ veröffentlicht wurde . ^{[ 3 ]} Nach heutiger wissenschaftlicher Auffassung handelte es sich bei Davys Beschreibung eher um einen Funken als um einen Lichtbogen. ^{[ 4 ]} Im selben Jahr demonstrierte Davy den Effekt öffentlich vor der Royal Society , indem er einen elektrischen Strom durch zwei sich berührende Kohlestäbe leitete und diese dann ein kurzes Stück voneinander entfernte. Die Demonstration erzeugte einen schwachen Lichtbogen, der sich kaum von einem anhaltenden Funken zwischen Kohlespitzen unterschied . Die Royal Society bestellte daraufhin eine leistungsstärkere Batterie mit 1000 Platten, und 1808 demonstrierte er den großflächigen Lichtbogen. ^{[ 5 ]} Ihm wird die Benennung des Lichtbogens zugeschrieben. ^{[ 6 ]} Er nannte ihn Lichtbogen, weil er bei einem größeren Abstand zwischen den Elektroden die Form eines nach oben gerichteten Bogens annimmt. ^{[ 7 ]} Dies ist auf die Auftriebskraft des heißen Gases zurückzuführen.

Der erste kontinuierliche Lichtbogen wurde 1802 unabhängig voneinander entdeckt und 1803 von Wassili W. Petrow , einem russischen Wissenschaftler, der mit einer Kupfer-Zink-Batterie aus 4200 Scheiben experimentierte, als „spezielle Flüssigkeit mit elektrischen Eigenschaften“ beschrieben ^{[ 8 ] . [ 8 ] [ 9 ]}

Im späten 19. Jahrhundert war die elektrische Bogenbeleuchtung für die öffentliche Beleuchtung weit verbreitet . Das Flackern und Zischen des Lichtbogens stellte ein großes Problem dar. 1895 veröffentlichte Hertha Marks Ayrton eine Artikelserie in der Fachzeitschrift „The Electrician“ , in der sie erklärte, dass diese Phänomene durch den Kontakt von Sauerstoff mit den zur Erzeugung des Lichtbogens verwendeten Kohlestäben verursacht wurden. 1899 war sie die erste Frau, die jemals eine eigene Abhandlung vor der Institution of Electrical Engineers (IEE) vortrug. Ihr Vortrag trug den Titel „Das Zischen des elektrischen Lichtbogens“. Kurz darauf wurde Ayrton als erstes weibliches Mitglied in die IEE gewählt; die nächste Frau wurde 1958 in die IEE aufgenommen. ^{[ 10 ]} Sie beantragte, einen Vortrag vor der Royal Society halten zu dürfen, was ihr jedoch aufgrund ihres Geschlechts verweigert wurde. Stattdessen trug John Perry 1901 ihren Vortrag „Der Mechanismus des elektrischen Lichtbogens“ vor.

Ein Lichtbogen ist die Form der elektrischen Entladung mit der höchsten Stromdichte. Der maximale Strom durch einen Lichtbogen wird nur durch den externen Stromkreis begrenzt, nicht durch den Lichtbogen selbst.

Ein Lichtbogen zwischen zwei Elektroden kann durch Ionisation und Glimmentladung entstehen, wenn der Strom durch die Elektroden erhöht wird. Die Durchbruchspannung des Elektrodenabstands hängt vom Druck, dem Elektrodenabstand und der Art des umgebenden Gases ab. Beim Zünden eines Lichtbogens ist seine Klemmenspannung deutlich geringer als bei einer Glimmentladung, der Strom jedoch höher. Ein Lichtbogen in Gasen nahe Atmosphärendruck zeichnet sich durch sichtbares Licht, hohe Stromdichte und hohe Temperatur aus. Ein Lichtbogen unterscheidet sich von einer Glimmentladung unter anderem durch die ähnlichen Temperaturen der Elektronen und der positiven Ionen; bei einer Glimmentladung sind die Ionen deutlich kälter als die Elektronen.

Ein Lichtbogen kann durch zwei zunächst in Kontakt stehende und dann auseinandergezogene Elektroden gezündet werden; so kann ein Lichtbogen ohne Hochspannungsglimmentladung entstehen. Auf diese Weise beginnt ein Schweißer mit dem Schweißen einer Verbindung, indem er die Schweißelektrode kurz an das Werkstück hält und sie dann zurückzieht, bis sich ein stabiler Lichtbogen gebildet hat. Ein weiteres Beispiel ist das Trennen elektrischer Kontakte in Schaltern, Relais oder Leistungsschaltern; in Hochenergiestromkreisen kann eine Lichtbogenunterdrückung erforderlich sein, um Beschädigungen der Kontakte zu verhindern. ^{[ 11 ]}

Der elektrische Widerstand entlang des kontinuierlichen Lichtbogens erzeugt Wärme, die weitere Gasmoleküle ionisiert (der Ionisierungsgrad hängt von der Temperatur ab). Gemäß der Phasenfolge fest-flüssig-gasförmig-Plasma wandelt sich das Gas allmählich in ein thermisches Plasma um. Ein thermisches Plasma befindet sich im thermischen Gleichgewicht; die Temperatur ist in Atomen, Molekülen, Ionen und Elektronen relativ homogen. Die den Elektronen zugeführte Energie wird aufgrund ihrer hohen Beweglichkeit und großen Anzahl durch elastische Stöße rasch auf die schwereren Teilchen übertragen .

Der Strom im Lichtbogen wird durch thermionische Emission und Feldemission von Elektronen an der Kathode aufrechterhalten. Der Strom kann sich in einem sehr kleinen, heißen Bereich auf der Kathode konzentrieren; Stromdichten in der Größenordnung von einer Million Ampere pro Quadratzentimeter sind möglich. Im Gegensatz zu einer Glimmentladung weist ein Lichtbogen kaum eine erkennbare Struktur auf, da die positive Säule sehr hell ist und sich an beiden Enden nahezu bis zu den Elektroden erstreckt. Der Spannungsabfall an Kathode und Anode von wenigen Volt tritt innerhalb eines Bruchteils eines Millimeters von jeder Elektrode auf. Die positive Säule hat einen geringeren Spannungsgradienten und kann bei sehr kurzen Lichtbögen fehlen. ^{[ 11 ]}

Ein Wechselstrombogen mit niedriger Frequenz (unter 100 Hz) ähnelt einem Gleichstrombogen; in jedem Zyklus wird der Bogen durch einen Durchschlag gezündet, und die Elektroden tauschen ihre Rollen als Anode oder Kathode, wenn sich die Stromrichtung umkehrt. Mit zunehmender Stromfrequenz reicht die Zeit nicht aus, damit sich die gesamte Ionisation in jedem Halbzyklus vollständig auflöst, und der Durchschlag ist nicht mehr notwendig, um den Bogen aufrechtzuerhalten; die Strom-Spannungs-Kennlinie nähert sich einem ohmschen Verlauf an. ^{[ 11 ]}

Die verschiedenen Formen von Lichtbögen sind emergente Eigenschaften nichtlinearer Strom- und Feldmuster . Der Lichtbogen entsteht im gasgefüllten Raum zwischen zwei leitfähigen Elektroden (häufig aus Wolfram oder Kohlenstoff) und führt zu einer sehr hohen Temperatur , die die meisten Materialien schmelzen oder verdampfen kann . Ein Lichtbogen ist eine kontinuierliche Entladung, während die ähnliche Funkenentladung nur kurzzeitig auftritt. Lichtbögen können sowohl in Gleichstrom- (DC) als auch in Wechselstromkreisen (AC) entstehen. Im letzteren Fall kann der Lichtbogen bei jeder Halbperiode des Stroms erneut zünden. Ein Lichtbogen unterscheidet sich von einer Glimmentladung durch die hohe Stromdichte und den geringen Spannungsabfall innerhalb des Lichtbogens; an der Kathode kann die Stromdichte bis zu einem Megaampere pro Quadratzentimeter betragen. ^{[ 11 ]}

Ein Lichtbogen weist ein nichtlineares Verhältnis zwischen Stromstärke und Spannung auf. Sobald der Lichtbogen gezündet ist (entweder durch Fortschreiten einer Glimmentladung ^{[ 12 ]} oder durch kurzzeitiges Berühren und anschließendes Trennen der Elektroden), führt eine erhöhte Stromstärke zu einer geringeren Spannung zwischen den Lichtbogenanschlüssen. Dieser negative Widerstandseffekt erfordert eine positive Impedanz ( z. B. einen elektrischen Vorwiderstand ) im Stromkreis, um einen stabilen Lichtbogen aufrechtzuerhalten. Diese Eigenschaft ist der Grund, warum unkontrollierte Lichtbögen in Geräten so zerstörerisch sein können, da ein einmal gezündeter Lichtbogen immer mehr Strom aus einer Festspannungsquelle zieht, bis das Gerät zerstört ist.

Es gibt eine Form des beweglichen Lichtbogens, die als Gleitbogenentladung bekannt ist. Sie entsteht an der kürzesten Distanz zwischen divergierenden Elektroden in einem schnellen Gasstrom (typischerweise über 10 m/s). Die Entladung wandert („gleitet“) entlang der Elektroden in Strömungsrichtung, bis sie abbricht und erlischt. Diese kontinuierliche Bewegung der Lichtbogenwurzeln verhindert Elektrodenerosion und ermöglicht eine direkte und effiziente Übertragung elektrischer Energie in das strömende Gas. Anfänglich befindet sich das entstehende Plasma nahe am thermodynamischen Gleichgewicht , geht aber mit zunehmender Lichtbogenlänge rasch in ein Nichtgleichgewichts -Plasma über , das durch signifikante Temperaturunterschiede zwischen Elektronen und Gasmolekülen gekennzeichnet ist. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

Industriell werden Lichtbögen zum Schweißen , Plasmaschneiden , zur Funkenerosion , als Bogenlampe in Filmprojektoren und als Scheinwerfer in der Bühnenbeleuchtung eingesetzt . Lichtbogenöfen dienen der Stahlherstellung und der Produktion anderer Stoffe. Calciumcarbid wird auf diese Weise hergestellt, da für die endotherme Reaktion (bei Temperaturen von 2500 °C) eine große Energiemenge benötigt wird .

Kohlebogenlampen waren die ersten elektrischen Lampen. Sie wurden im 19. Jahrhundert für Straßenbeleuchtung und bis zum Zweiten Weltkrieg für Spezialanwendungen wie Suchscheinwerfer eingesetzt. Heute finden elektrische Lichtbögen in vielen Bereichen Verwendung. So werden beispielsweise Leuchtstoffröhren , Quecksilber-, Natrium- und Metallhalogenlampen zur Beleuchtung eingesetzt; Xenon-Bogenlampen finden Verwendung in Filmprojektoren und Theaterscheinwerfern.

Die Bildung eines intensiven elektrischen Lichtbogens, ähnlich einem kleinen Lichtbogenblitz , ist die Grundlage von Sprengdrahtzündern .

Elektrische Lichtbögen werden im Arcjet-Antrieb eingesetzt , einer Form des elektrischen Antriebs von Raumfahrzeugen.

Sie werden im Labor für die Spektroskopie verwendet , um durch intensive Erhitzung einer Materieprobe spektrale Emissionen zu erzeugen .

Lichtbögen werden in Hochspannungsschaltanlagen zum Schutz von Höchstspannungsnetzen eingesetzt. Um eine Komponente (z . B. einen Serienkondensator in einer Übertragungsleitung) vor Überspannung zu schützen , wird eine Lichtbogenerzeugervorrichtung, die sogenannte Funkenstrecke , parallel zur Komponente geschaltet. Sobald die Spannung die Durchschlagsfestigkeit erreicht, zündet ein Lichtbogen an der Zündkerze und überbrückt die Anschlüsse der Komponente, wodurch diese vor der Überspannung geschützt wird. Zum Wiedereinschalten der Komponente muss der Lichtbogen gelöscht werden. Dies kann auf verschiedene Weise erfolgen. Beispielsweise kann eine Funkenstrecke mit Zündhörnern ausgestattet sein – zwei Drähten, die annähernd vertikal verlaufen, sich aber nach oben hin in einer schmalen V- Form allmählich voneinander entfernen . Nach der Zündung breitet sich der Lichtbogen entlang der Drähte nach oben aus und erlischt, sobald der Abstand zwischen den Drähten zu groß wird. Wenn der Lichtbogen gelöscht ist und die ursprüngliche Auslösebedingung nicht mehr besteht (z. B. eine Störung behoben oder ein Bypass-Schalter betätigt wurde), zündet der Lichtbogen nicht erneut. Der Lichtbogen kann auch durch einen Druckluftstoß oder ein anderes Gas unterbrochen werden.

Ein unerwünschter Lichtbogen kann auch beim Öffnen und Löschen eines Hochspannungsschalters entstehen. Moderne Geräte nutzen Schwefelhexafluorid unter hohem Druck, das in einem Düsenstrom zwischen getrennten Elektroden in einem Druckbehälter strömt. Der Lichtbogenstrom wird in dem Moment unterbrochen, in dem der Strom innerhalb einer Wechselstromperiode auf Null sinkt, und die stark elektronegativen SF₆- _Ionen absorbieren schnell freie Elektronen aus dem abklingenden Plasma. Die SF₆ _- Technologie hat die ähnliche, auf Luft basierende Technologie weitgehend verdrängt, da viele laute, in Reihe geschaltete Drucklufteinheiten erforderlich waren, um ein Wiederaufflammen des Lichtbogens im Schalter zu verhindern.

Eine Jakobsleiter (genauer: ein Hochspannungs-Wanderlichtbogen ) ist ein Gerät zur Erzeugung einer kontinuierlichen Folge von nach oben aufsteigenden Lichtbögen. Das Gerät ist nach der Jakobsleiter benannt, die laut Bibel zum Himmel führt . Ähnlich wie bei den Funkenentladungshörnern wird die Funkenstrecke durch zwei Drähte gebildet, die von der Basis zur Spitze verlaufen.

Wird an die Funkenstrecke eine Hochspannung angelegt, entsteht an den einander am nächsten liegenden Drahtenden ein Funke, der sich rasch zu einem Lichtbogen entwickelt. Die Durchschlagsfestigkeit der Luft liegt bei etwa 30 kV/cm ^{[ 15 ]} , abhängig von Luftfeuchtigkeit, Temperatur usw. Abgesehen vom Spannungsabfall an Anode und Kathode verhält sich der Lichtbogen nahezu wie ein Kurzschluss , zieht so viel Strom, wie die Stromversorgung liefern kann, und die hohe Last reduziert die Spannung an der Funkenstrecke drastisch.

Die erhitzte, ionisierte Luft steigt auf und führt den Strompfad mit sich. Mit zunehmender Länge des Ionisationspfades wird dieser immer instabiler und reißt schließlich ab. Die Spannung zwischen den Elektroden steigt daraufhin an, und am Boden des Geräts bildet sich erneut ein Funke.

Dieser Zyklus erzeugt ein exotisch anmutendes Schauspiel aus weißen, gelben, blauen oder violetten Lichtbögen, wie man es oft in Horrorfilmen und Filmen über verrückte Wissenschaftler sieht . Das Gerät war in den 1950er- und 1960er-Jahren ein fester Bestandteil von Schulen und Wissenschaftswettbewerben . Typischerweise bestand es aus einer Zündspule eines Ford Model T oder einer anderen Hochspannungsquelle im Bereich von 10.000 bis 30.000 Volt, beispielsweise einem Neonröhrentransformator (5–15 kV) oder einem Bildröhrentransformator ( Zeilentransformator ) für Fernsehgeräte (10–28 kV), und zwei zu einem V geformten Kleiderbügeln oder Stäben . Für größere Leitern wurden häufig in Reihe geschaltete Mikrowellentransformatoren, Spannungsvervielfacher [ ^{16 ] [ 17 ] und} umgekehrt betriebene Masttransformatoren (Aufwärtstransformatoren) verwendet.

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Wissenschaftler haben eine Methode entdeckt, um den Verlauf eines Lichtbogens zwischen zwei Elektroden zu steuern, indem sie Laserstrahlen auf das Gas zwischen den Elektroden richten. Das Gas verwandelt sich in ein Plasma und führt den Lichtbogen. Durch die gezielte Erzeugung des Plasmapfads zwischen den Elektroden mit verschiedenen Laserstrahlen lassen sich gekrümmte und S-förmige Lichtbögen formen. Der Lichtbogen kann auch auf ein Hindernis treffen und sich auf der anderen Seite neu bilden. Die lasergeführte Lichtbogentechnologie könnte in Anwendungen nützlich sein, um einen elektrischen Funken präzise an einem bestimmten Punkt zu erzeugen. ^{[ 18 ] [ 19 ]}

Unerwünschte oder unbeabsichtigte Lichtbögen können die elektrische Energieübertragung , -verteilung und elektronische Geräte erheblich beeinträchtigen . Zu den Geräten, die Lichtbögen verursachen können, gehören Schalter, Leistungsschalter, Relaiskontakte, Sicherungen und mangelhafte Kabelanschlüsse. Beim Abschalten eines induktiven Stromkreises springt der Strom nicht abrupt auf null: Es bildet sich ein kurzzeitiger Lichtbogen zwischen den trennenden Kontakten. Schaltgeräte, die anfällig für Lichtbögen sind, sind in der Regel so konstruiert, dass sie einen Lichtbogen eindämmen und löschen. Entstörschaltungen können einen Pfad für kurzzeitige Ströme bereitstellen und so die Lichtbogenbildung verhindern. Reichen Strom und Spannung in einem Stromkreis aus, um einen außerhalb eines Schaltgeräts entstehenden Lichtbogen aufrechtzuerhalten, kann dieser Schäden an Geräten verursachen, wie z. B. das Schmelzen von Leitern, die Zerstörung der Isolierung und Brände. Ein Lichtbogenüberschlag ist ein explosives elektrisches Ereignis, das eine Gefahr für Menschen und Geräte darstellt.

Unerwünschte Lichtbögen in den elektrischen Kontakten von Schützen , Relais und Schaltern können durch Geräte wie Kontaktlichtbogenunterdrücker ^{[ 20 ]} und RC-Snubber oder durch Techniken wie die folgenden reduziert werden:

• Eintauchen in Transformatorenöl , dielektrisches Gas oder Vakuum
• Bogenrutschen
• magnetische Ausblasungen
• pneumatische Auspuffe
• Opferkontakte ("Bogen")
• Dämpfungsmaterialien zur Absorption von Lichtbogenenergie, entweder thermisch oder durch chemische Zersetzung

Lichtbögen können auch entstehen, wenn sich zwischen Bereichen mit unterschiedlicher Spannung ein niederohmiger Kanal (Fremdkörper, leitfähiger Staub , Feuchtigkeit usw.) bildet. Dieser leitfähige Kanal begünstigt die Entstehung eines Lichtbogens. Ionisierte Luft besitzt eine hohe elektrische Leitfähigkeit, die der von Metallen nahekommt, und kann extrem hohe Ströme leiten, was zu einem Kurzschluss und dem Auslösen von Schutzeinrichtungen ( Sicherungen und Leitungsschutzschaltern ) führt. Eine ähnliche Situation kann auftreten, wenn eine Glühbirne durchbrennt und die Bruchstücke des Glühfadens einen Lichtbogen zwischen den Anschlüssen im Inneren der Glühbirne erzeugen, was zu einem Überstrom führt, der die Sicherungen auslöst.

Ein Lichtbogen über der Oberfläche von Kunststoffen führt zu deren Zersetzung. Entlang des Lichtbogens bildet sich eine leitfähige, kohlenstoffreiche Spur, die als Kriechstrombildung bezeichnet wird und die Isolationseigenschaften negativ beeinflusst. Die Lichtbogenempfindlichkeit bzw. der Kriechstromwiderstand wird gemäß ASTM D495 mit Punktelektroden sowie kontinuierlichen und intermittierenden Lichtbögen geprüft. Sie wird in Sekunden gemessen, die benötigt werden, um unter Hochspannungs- und Niedrigstrombedingungen eine leitfähige Spur zu bilden. ^{[ 21 ]} Einige Materialien sind weniger anfällig für Zersetzung als andere. Polytetrafluorethylen ( PTFE ) beispielsweise weist eine Lichtbogenbeständigkeit von etwa 200 Sekunden (3,3 Minuten) auf. Von den Duroplasten sind Alkyd- und Melaminharze besser als Phenolharze . Polyethylen hat eine Lichtbogenbeständigkeit von etwa 150 Sekunden; Polystyrol und Polyvinylchlorid weisen eine relativ geringe Beständigkeit von etwa 70 Sekunden auf. Kunststoffe können so formuliert werden, dass sie Gase mit lichtbogenlöschenden Eigenschaften abgeben; diese werden als lichtbogenlöschende Kunststoffe bezeichnet . ^{[ 22 ]}

Bei bestimmten Leiterplatten kann es zu Lichtbogenbildung kommen , die beispielsweise durch Risse in den Leiterbahnen oder fehlerhafte Lötstellen verursacht wird. Dadurch wird die betroffene Isolierschicht leitfähig, da das Dielektrikum aufgrund der hohen Temperaturen verbrennt . Diese Leitfähigkeit verlängert die Lichtbogenbildung durch kaskadierende Schäden an der Oberfläche.

Die Lichtbogenunterdrückung ist ein Verfahren zur Reduzierung oder Beseitigung eines elektrischen Lichtbogens. Es gibt verschiedene Anwendungsgebiete für Lichtbogenunterdrückungsverfahren, darunter Metallfilmbeschichtung und Sputtern , Lichtbogenschutz , elektrostatische Prozesse, bei denen Lichtbögen unerwünscht sind (z. B. Pulverbeschichtung , Luftreinigung , PVDF- Folienpolung) und die Unterdrückung von Kontaktströmen. In der Industrie-, Militär- und Unterhaltungselektronik wird letzteres Verfahren im Allgemeinen bei Geräten wie elektromechanischen Leistungsschaltern, Relais und Schützen angewendet. Hierbei wird der Lichtbogen durch Kontaktschutz unterdrückt .

Ein Teil der Energie eines Lichtbogens bildet neue chemische Verbindungen aus der umgebenden Luft: Dazu gehören Stickoxide und Ozon , wobei letzteres an seinem charakteristischen stechenden Geruch erkennbar ist. Diese Verbindungen können durch Hochleistungskontakte in Relais und Motorkommutatoren entstehen und wirken korrosiv auf nahegelegene Metalloberflächen. Lichtbögen erodieren zudem die Kontaktoberflächen, verschleißen sie und führen im geschlossenen Zustand zu einem hohen Kontaktwiderstand. ^{[ 23 ]}

Die Exposition gegenüber Geräten, die Lichtbögen erzeugen, kann gesundheitsschädlich sein. Ein in der Luft entstehender Lichtbogen ionisiert Sauerstoff und Stickstoff, die sich anschließend in reaktive Moleküle wie Ozon und Stickstoffmonoxid umwandeln können . Diese Produkte können die Schleimhäute schädigen . Auch Pflanzen sind anfällig für Ozonvergiftungen. Die Gefahren sind am größten, wenn der Lichtbogen kontinuierlich brennt und sich in einem geschlossenen Raum befindet. Ein im Freien entstehender Lichtbogen stellt ein geringeres Risiko dar, da die erhitzten ionisierten Gase in die Luft aufsteigen und sich in der Atmosphäre verflüchtigen. Funkenstrecken, die nur intermittierend kurze Funkenentladungen erzeugen, sind ebenfalls nur minimal gefährlich, da die Menge der erzeugten Ionen sehr gering ist.

Lichtbögen können ein breites Spektrum an Wellenlängen erzeugen, das vom sichtbaren Licht bis zum unsichtbaren ultravioletten und infraroten Spektrum reicht. Sehr intensive Lichtbögen, wie sie beispielsweise beim Lichtbogenschweißen entstehen, können erhebliche Mengen an ultravioletter Strahlung erzeugen, die die Hornhaut des Betrachters schädigt und Sonnenbrand verursachen kann . Diese Lichtbögen sollten nur durch spezielle Dunkelfilter wie einen Schweißhelm beobachtet werden , der die Lichtbogenintensität reduziert und die Augen des Betrachters vor den ultravioletten Strahlen schützt. Unbedeckte Hautstellen sollten mit Kleidung bedeckt werden.

Lichtbögen von Hochstrom-Elektrogeräten sind extrem gefährlich. Sie können explosionsartig Plasma und geschmolzenes Metall ausstoßen, die intensive Strahlung kann Kleidung schnell entzünden und selbst aus einiger Entfernung tödliche Verbrennungen verursachen, und es kann zu einer Druckwelle kommen. Arbeiten in unmittelbarer Nähe von Geräten, die einen solchen Lichtbogen erzeugen können, erfordern Schutzausrüstung, die der im Fehlerfall freigesetzten Energie standhält.

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