雷击是自然界中一种常见的自然灾害,每年都会造成大量的经济损失和人员伤亡。雷电防护一直是电力系统、航空航天、建筑等诸多领域的热点问题。当今世界上各种建筑设施大多数仍在使用避雷针等传统设备防雷,用避雷针防护直击雷实践证明是经济有效的,但是避雷针不能防护感应雷过电压,会对电子设备造成损害。为了解决避雷针防雷存在保护范围较小和会产生感应过电压的问题,现场开始尝试采用具有非传统雷电防护原理的“消雷器”进行雷电防护,但是“消雷器”的运行机理是否合理,能否应用于现场防雷一直存在争议,本文进行的是有关全金属多针“消雷器”的基础问题研究,目的是通过对这些基础问题的研究,进一步加深人们对“消雷器”技术的认识,为这场技术争议提供一定的理论素材。有关全金属多针“消雷器”的运行机理的争议之一在于“消雷器”释放的中和电荷是否能有效中和雷云的电量,使雷云不产生下行地闪。针对这一问题,本文从雷云与地面间空间电场分布、空间电荷对针尖电场的影响、正离子的运动情况和横向风对中和粒子迁移过程的影响等四个方面对中和电荷是否能有效中和雷云的电量展开分析。为了计算雷云与地面之间的的电场分布情况,使用COMSOL Multiphysics软件建立三极性雷云模型,同时使用Matlab软件建立镜像法模型与之比对,得到了自地面至雷云逐步增大的电场分布,雷云至地面间的空间电场数值相对于晴天电场增长了一个数量级,并分析得到雷云底层高度对空间静电场及地面电场呈负相关影响。为了计算避雷塔塔尖部分的电场分布,在三极性雷云模型的基础上使用等效电势面代替雷云对塔尖场强的影响,同时使用模拟电荷法与之比对,得到塔尖处场强达到10~7V/m等级,并通过改变避雷塔塔尖高度,得出随着塔尖的高度的增加塔尖电场也在随之增加,并且电场变化的幅度也会增加。通过COMSOL Multiphysics软件电-粒子场相互作用模块模拟空间电荷对放电的影响,得到正离子平均放电时间间隔。使用带电粒子追踪模块模拟空间电场下地面金属突出物头部电离出现的正离子运动情况,考虑正离子与中性粒子的碰撞作用,得到正离子在电离区的平均运动速度及单次放电电量。建立正离子迁移率与海拔高度的对应关系,可以得到正离子在迁移区的平均运动速度。在粒子迁移过程中加入不同风级横向风的影响,分析得到了不同风级下的电荷传递效率。最后建立“消雷器”模型,通过计算发现当云底高度低于1km且无横向风风时,全金属多针“消雷器”可以有效中和负极性雷云的电量,不会产生下行闪电,但是在云底高度大于1km且存在横向风时,全金属多针“消雷器”起不到有效中和雷云电量的作用,考虑到“消雷器”的使用效果与自然条件关系密切,同时有效的使用条件较为苛刻,不推荐全金属多针“消雷器”在现场使用。