當雷電云層形成時,云層與地面之間產(chǎn)生一個電場,此電場強度可達到10kV/m甚至更高。從而使地面凸起部分或金屬部件上開始出現(xiàn)電暈放電。當雷電云層內(nèi)部形成一個下行先導(dǎo)時,閃電電擊便開始了。下行先導(dǎo)電荷以階梯形式向地面移動。當下行先導(dǎo)接近地面時,會從地面較突出的部分發(fā)出向上的迎面先導(dǎo)。當迎面先導(dǎo)與下行先導(dǎo)相遇時,就產(chǎn)生了強烈的“中和”過程,出現(xiàn)極大的電流(數(shù)十到數(shù)百千安),這就是雷電的主放電階段,伴隨著出現(xiàn)雷鳴和閃光。地面上的其它建筑物可能會生成好幾個迎面先導(dǎo)。與下行先導(dǎo)會合的個迎面先導(dǎo)決定了閃電雷擊的地點。提前放電避雷針的工作原理就是產(chǎn)生一個比普通避雷針更快的迎面先導(dǎo)。在自然的迎面先導(dǎo)形成前,提前放電避雷針會率先產(chǎn)生一個先導(dǎo),迅速地向雷電方向傳播直至捕獲雷電,并將其導(dǎo)入大地。實驗室中證實:比普通針更早產(chǎn)生迎面先導(dǎo)的這個啟動搶先時間稱為△T,賦予了提前放電避雷針更加有效的防雷保護功能。
避雷針是以前的叫法,在中華人民共和國國家標準GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》中,已經(jīng)放棄了這一稱呼,而代之以‘接閃桿’。接閃桿與接閃帶、接閃線、接閃網(wǎng)、用以接閃的金屬屋面、金屬構(gòu)件等,統(tǒng)稱為接閃器;接閃器和引下線、接地裝置共同組成了建筑物或構(gòu)筑物的外部防雷裝置,用以避免或減少閃電擊中建筑物(構(gòu)筑物)上或其附近造成的物理損害和人身傷亡。
之所以將避雷針改名為接閃桿,是因為以前的名稱不科學(xué),沒有反映出接閃桿的原理。避雷針剛剛出現(xiàn)在中國時,人們以為它可以避免房屋遭受雷擊,所以稱其為避雷針。但事實上,避雷針保護建筑物的方式并不是避免房屋遭受雷擊,而是引雷上身,然后通過其引下線和接地裝置,將雷電流引入地下,從而起到保護建筑物的作用。正因為這個原因,也有人建議將避雷針改名為引雷針,但總的來說,還是接閃桿這個名稱為貼切。
需要注意的是,市場上有各種各樣所謂知名品牌的避雷針,大都以‘預(yù)放電’或者‘提前放電’作為其賣點,大都是從國外進口來的所謂‘特殊避雷針’,其所宣稱的保護范圍遠遠超過按照滾球法的原理所計算的保護范圍,其價格非常昂貴,動輒幾萬元一根。這些避雷針的所謂科學(xué)原理,在中國大陸到目前為止尚未得到認可,其防雷效果也沒有得到實踐的認可。在建筑物上即使安裝了這樣的避雷針,在防雷驗收時,還是要按照傳統(tǒng)的滾球法的原理進行計算,花高價購買了這樣的避雷針的客戶,要提防這方面的風(fēng)險。
利用雷云在空中感應(yīng)的電場強度,使針頭的感應(yīng)電極(空中場強)與針尖(地電位)之間產(chǎn)生強烈的火花放電,使針頭周圍空氣電離,在電場的作用下形成一條向上的雷電先導(dǎo),從而使迎面先導(dǎo)提前與雷云的下行先導(dǎo)相遇,形成主放電通道,從而大大提高了避雷針的效率,使保護半徑大大提高。