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從的避雷針電暈試驗(yàn)測試數(shù)據(jù)看，避雷針枉雷電場中的電暈放電足存在的。在雷云場中，浪涌保護(hù)器避雷針上方必定會出現(xiàn)囚電暈引起的空間電荷堆積。在下文十，將做一牌論證。
豎在數(shù){‘米高的富蘭克林避雷針可以簡化為一個(gè)處在靜電場巾，半徑為Ao的接地棒體，避雷針處在地面數(shù)十米高的上方，固電場的畸變，會在避雷針頂端表面感應(yīng)出較地面更多的電荷密度6t)
假設(shè)避雷針上方臨近空間沒有電荷存在，即拉普拉斯方程v’／；o可以成立。避雷針上方，處電場強(qiáng)度示意圖如圖3—1所示，金屬棒表面帶有電荷Q，巾式(3—1)可算小距金屬棒頂止上方，距離戶點(diǎn)處的電場強(qiáng)度戽，即
若取置(尸Iem，與R,-10m的場強(qiáng)進(jìn)行比較，則全屈表面的電場強(qiáng)度與R-10m處的電場強(qiáng)度之比為100：這就意味著在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，避雷針頂端下—上方10m處的電場強(qiáng)度為3V／nlITL避雷針頂端的電場強(qiáng)度將達(dá)到空氣電離所需場強(qiáng)30kV／cm；從此時(shí)起，避雷針頂端就會川現(xiàn)電暈放電現(xiàn)象，外考慮到避雷針頂端具有毛刺和銹贊同素，刀Q)的山效十徑還蚌變小，更易引起電暈，對于雷云來說，在地而[’空建立兒個(gè)伏海米的電場強(qiáng)度址極易形成的，況日宙電下行前的雷云電場是一個(gè)逐漸增強(qiáng)的電場，避雷引頂端電暈將會隨著屯場的增強(qiáng)一臼持續(xù)下上，
直流電暈過程是一個(gè)空氣分子電離的過程，電離就會產(chǎn)牛牛間止、負(fù)電荷，雷云形成的自流電場中，與雷云所帶電荷極性祁同的電荷，受屯場力的作川，向避雷針運(yùn)動，經(jīng)避雷針入地，㈩與雷云電荷極性相反的空間電荷將沿電場線向上千遷移，這種與雷云電荷相反極性的電荷稱為反極性卞間電荷，：電荷遠(yuǎn)肉釗尖后㈥場強(qiáng)業(yè)弱，遷移速度／降，扦逐漸在針尖上空形成一個(gè)反極性空間電荷堆積層區(qū)。
I爿避宙針上空存在空間電荷，故從此時(shí)起，拉普拉斯方程V：d：o將不冉適川，必如準(zhǔn)／n泊松方程v’4二—9／‘進(jìn)行分析。
浪涌保護(hù)器電暈放電過程的實(shí)質(zhì)就是接地物體通過排放與外電場極性相反的電荷、降低門己表面電場強(qiáng)度的過程，
這種反極性牛間電荷會消弱避雷針L方近距離內(nèi)空叫的電場強(qiáng)度。電場分布的改變將使反極性空間電荷層外部的電場強(qiáng)度得到增強(qiáng)。對于空間來說，可用囤3—2定性描述避雷針前各種空間電場強(qiáng)度的分布狀況，圖3—2中，有石／母珥，當(dāng)月／>Jo時(shí)，牛徑為Ac的避雷針頂端將發(fā)生持續(xù)的電暈外向上空排放反極性空間電荷，形成扇球形結(jié)構(gòu)的反極性空間電荷層。當(dāng)這個(gè)反極性空間電荷層侖．定厚度和濃度后，避雷針頂端對外部的空間電場的表現(xiàn)將不再是卟尖端，而足一個(gè)以反極性空間電荷層的有效距離為半徑的大尺寸球體。電荷層內(nèi)的電場強(qiáng)度減小，電荷層以外空間的電場強(qiáng)度得到捫強(qiáng)，在電氣距離上又與雷云越近，故可誘發(fā)雷電向避雷針方向移動發(fā)展，產(chǎn)生了引雷效果。
雷電開始下行時(shí)，避雷釗上表面電場強(qiáng)度超過空氣絕緣強(qiáng)度會產(chǎn)牛先導(dǎo)。但空間電荷產(chǎn)生的低場強(qiáng)區(qū)會粳滅已經(jīng)由針尖發(fā)出的放電先導(dǎo)，被湮滅的先導(dǎo)立刻會成為放電路徑上的更高密度電荷區(qū)，電極發(fā)出的新先導(dǎo)必須另覓路徑才能發(fā)展，在一些有關(guān)氣象學(xué)放電研究書籍’，中．介紹在接地裝置上常有大電流波前的數(shù)個(gè)小電流波的存在，其中小電流波可{蜥為是被湮滅的上行先導(dǎo)電流波形。
雷電下行時(shí)間只有數(shù)I-微妙，但這也是一個(gè)電場強(qiáng)度隨時(shí)間變化的過程。由于帶電空氣粒子在單位場強(qiáng)下的遷移和擴(kuò)散速度是10‘曲s數(shù)量級，可以肯定在雷電下行的時(shí)間內(nèi)，避雷針頂端及其周圍環(huán)境內(nèi)的空間電荷分布不會發(fā)生明顯的改變(除了先導(dǎo)被湮滅區(qū)外)；而下行雷電亢導(dǎo)前端電壓會造成包括避雷針頂端在內(nèi)的地面周圍所有物體上方空間電場迅速加強(qiáng)：
隨著雷云下行先導(dǎo)進(jìn)一步逼向地面，臨近的被保護(hù)物體表面場強(qiáng)也會超過空氣絕緣強(qiáng)度，釋放出先導(dǎo)。避雷針放小的先導(dǎo)，由于空間電荷的阻礙，失去了與幾他先導(dǎo)進(jìn)行時(shí)間競渡的能力，避雷針也就失去了接叫的先機(jī)”。
分析處在避宙針下方的被保護(hù)設(shè)備，可將其視為多個(gè)低矮電極。由于處在高點(diǎn)位的避雷針電暈后形成的反極性空間電荷層對下方物體表面電場有屏蔽作用，使低矮電極表面場強(qiáng)較弱，在整個(gè)雷厶電場建訂過程中，這部分低矮電極不會嚴(yán)：生電暈，它上人就沒有大量反極性空間電荷層的存在。雷電下行時(shí)，這些電極表面達(dá)到市氣擊穿水平，也會放出先導(dǎo)，浪涌保護(hù)器囚沒有中間電荷的阻擋或阻擋較弱，突破阻擋的先導(dǎo)就成為有效上行迎擊先守。
以上解釋了富蘭克林避雷針防雷失敗的過程，究具原因就是空間電荷的存在。山干中間電荷用肉眼無法看到，目前也沒有儀器可直接測量到，所以沒有引起我們足夠的重視。
而普通避雷針的這種失效性具有引宙不接雷的特點(diǎn)，并使得宙電山打到周舊被保護(hù)的設(shè)備上：現(xiàn)實(shí)中，雷電打在被保護(hù)趾備I：的情況屢屢…現(xiàn)，也從另一個(gè)角度說明了以上分析的正確性。
比如1998午8月的山東黃島油庫被雷山起火爆炸，被雷擊中的2個(gè)儲油罐周同lOm以內(nèi)裝有8座保護(hù)用避雷針。
當(dāng)然，當(dāng)在地面上有較強(qiáng)的風(fēng)場時(shí)，電荷的遷移還將受風(fēng)場的影響，反極性空間電荷層的等效尺寸和厚度將變形和減小，甚至被吹散．此時(shí)避雷針還是有發(fā)小有效上行迎擊先導(dǎo)的可能。也就是隘，普通避雷針的接閃過程會受到氣象環(huán)境的左／，，是不可靠和不穩(wěn)定的：當(dāng)受到風(fēng)場影響，電荷層被吹散，場強(qiáng)提高，避雷針電暈電流會大幅度增加；按5kV／m的電場測算，只要有數(shù)秒機(jī)會的低于5m／s風(fēng)場出現(xiàn)，電荷層會冉次形成，先導(dǎo)放電仍沒有機(jī)會發(fā)展。
