EGM理论认为,雷电先导首先进入哪一物体的雷击距离就对那一物体放电,雷击距离是雷电流的函数[2]:
hr=10I0.65(1)
式中hr为雷击距离,m;I为雷电流幅值,kA。
美国R.H.Lee建议以10kA作为一般建筑物的临界电流Ic,小于这个雷电流幅值时不会造成雷击事故,其对应的临界雷击半径hrc为45m。这一观点把被保护物的耐雷水平与避雷针的保护率联系起来。我国防雷标准GB50057-94《建筑物防雷设计规范》规定三类防雷建筑物的避雷针保护范围按hrc为60m画定。运行经验表明这一规定符合我国通用建筑物的防雷要求。
近年来一些学者对EGM理论又做了修正,称为先导传播模型理论(LPM)。该理论认为确定雷击点除了考虑雷击距离外尚需考虑迎面先导和下行先导的相对运动。一定几何形状和高度的地物能否被一定雷电流幅值的雷电击中,可用吸引半径Ra来表述。Ra不仅是雷电流的函数,也是地物高度的函数,并和地物的几何形状有关。因为不同形状和高度的地物,在同一雷电流的下行先导作用下感应的电场强度不同。
Ra(I,h)=2.83I0.63h0.40(2)
式中Ra为吸引半径,m;I为雷电流幅值,kA;h为针状物高度,m。
分析结果指出:当临界半径hrc大于避雷针高度h时,EGM所得保护半径比LPM要小,但不显著;当临界半径hrc小于针高h时,EGM所得保护半径比LPM要小许多,某些情况下甚致小50%左右;当针高h>hrc时,EGM认为高出临界半径的针体部分没有保护范围,而LPM理论则认为保护半径随针体高度的增加而增加。
根据对塔形建筑物吸引雷击次数随其高度增加而变化的观测以及长间隙放电棒对棒的实验结果都证明,避雷针的引雷能力随其高度的增加而增强,但增加的速度是变缓的。这对LPM的结论给予了支持,可见EGM滚球法未考虑吸引能力随高度变化是其保护范围偏小的原因。从理论角度看,滚球法是一种偏于保守、偏于严格的方法,它能对避雷针的保护区给出直观的物理图象。
考虑迎面先导和下行先导的相对运动可得出避雷针的引雷空域,见图4。图中
hr=vzhT+vxiaT(3)
式中hr为雷击距离,即雷击半径,m;vzh为地物或避雷针上迎面先导的发展速度,m/s;vxia为地闪下行先导的发展速度,m/s;T为大气间隙的放电时延,s。
参考图3可得到LPM理论的一切结论。
避雷针的上部有一段可能自身遭受侧向雷击的空间,称为对针杆侧击区;高架避雷针的引雷能力强,当侧方袭来的下行雷电先导被避雷针引近而未能在针端接闪时,会出现闪电击中避雷针附近地面的情况,使得高架避雷针附近的地面落雷密度较该处平均落雷密度大,该地面称为散击区。高耸的建筑物和高架避雷针附近地面出现散击区,远离避雷针的地方雷击率不受避雷针的影响,称为正常区。