我们简单涉及过的防雷方法，即使综合起来应用，仍不能保护万无一失。因此，人们要改善防雷的想法也一直在行动中有所表现。改善的努力从两个方向反映出来。其一是改善原有的技术，其二是发展新方法。本节介绍一些新方法，并用本书已介绍过的雷电过程和基本电学原理来简单分析讨论一下它们的性能。人工引雷技术的适当应用是对这些方法或技术做物理鉴定的好方法。
消雷器
关于消雷的设想其实已存在很久了。即使是富兰克林也在开始时想用其针来泄放电流而消除雷击。不过他很意识到引雷针以消雷的想法，但最终都失败了。20世纪中叶，有关消雷的技术又开始被提了出来，一些产品还得到过专利。不过，迄今都被实践证明它们既无消雷能力，又与引雷针作用相似。60年代美国有个消雷公司，生产并销售过一种多（大量）短针的消雷器，装置在一定高度上替代原接闪引雷针。但当装在美国佛罗里达一1200英尺高塔上不到一个雷季，就多次受到雷击，并导致塔上通信设备损坏，使得该装置不得不被废弃而恢复使用引雷针。这个实例说明这种消雷器是个引雷针，然而由于设计安装位置或其他原因，其效果还不如原先的引雷针。其后，组织了一次为期2年左右的调查，最终否定了该多针消雷器。对所有引雷针及针系统的调查，所得结果是雷暴下这些装置的尖端电流不超过几十微安。而单针总是发生尖端放电。对一架设高度为50英尺的单、多针系统的测量结果说明，单针尖端电流总是大于多针电流。遗憾的是，真实尺寸（如高到上百米）的对比试验没有进行。原因是这类试验存在一定的难度，其中还包括需要相当的时间与资金；况且从理论上可以证明：实际能制造出的多针不可能比同高度单针产生的电流大。虽然，有关厂商做了许多工作，迄今世界所有国家的标准及有关国际组织的标准中，无一例外地都没接受任何一种消雷器。这至少说明了科学与工程界对它的不信任。科学界并没对这种新事物表现出什么热情的一个重要原因，大概是消雷器的设想与建立的物理过程相违背、相冲突，又缺乏严密的实验与理论论证，有的还与基本概念有本质矛盾。
消雷器的消散电流
作为原始的消雷器设想是指这种装置能产生相当大的电流，认为这种尖端放电性的电流可以中和云中起电电流（荷），导致不能产生雷电；或者，当雷击条件满足，在下行先导向下发展过程中，碰到消雷器放电所形成的空间电荷堆时在空中造成中和而不致于击地。二十余年来，对消雷器的以上设想，国内有过许多讨论。这里仅从大气电学角度简述一下实际可能的情况。
从前面章节中，我们已经知道，由于大气的弱导电性，在大气中始终存在着一定的传导电流。维持这电流的是全球始终存在的雷暴。由雷暴下的尖端放电及雷电提供了这补偿电流。因雷暴的作用，空中大致存在1 mA/km2的电流（局地可大一个量级以上）并不时（一般一个单体一分钟几次）发生雷电。消雷器所能提供的几十微安的电流当然与已存在的上述大面积的电流有量级上的差别，是起不了什么作用的。从另一方面看，不管是自然尖端放电、雷电或消雷器所提供的电流，其源是都是雷暴。雷暴作为一电源是全球电路中的惟一主动源，大气是它的负载。从电路角度看，有雷暴内阻、晴天电阻（全球）、雷暴云至电离层电阻和云下电阻（参阅第2.5节）。其中，消雷器所能改变的是云下电阻。消雷器能改变（变小）的电阻，只是它所能影响的这么一个局部的贴地面的小空间且还不是整个云下空间。它的存在是企图使原有的自然尖端放电变大很多。但因为它所能改变的平面及空间均远小于一个雷暴下空间的一部分电阻，那么它就无法对原有电流有明显作用。事实上，它的真正作用是把周围一部分原有的自然尖端放电拉到自己身上入地，使得在其所影响的范围内，原地面尖端放电因其存在会消失或变小。它无法影响云中的物理过程，也改变不了照常出现的对地雷击。有关情况的图解说明见图9-4。如上所述，消雷器提供的电流较小，所产生空间电荷也不大，计算可说明先导携带的电荷也远大于空间电荷所能提供的电荷（郭昌明，1984）。这样，引雷针、消雷器均不能提供消雷器设想者所提出的中和与屏蔽。由于它产生的是与先导反向的电荷，因此可能有引雷作用。因雷暴下气流大而乱，这种飘忽不定的空间电荷层反而有可能增加保护区的受击几率。
可以这么说，经过80年代的实际与讨论，国内科研人员包括消雷器的提倡者也都抛弃了幻想的中和与屏蔽，有关讨论可参阅当时的文章（如郑健超，1981）。
引雷针的曲率
由此，我们可以顺便讨论一下引雷针是让它容易产生尖端放电为好，还是让它不易产生尖端放电为好？
从上节看，空间电荷堆的存在有可能影响先导的导向，这增加了防雷的不确定性，就引雷针而言，是会影响其防护（引雷）作用的。另一方面，引雷针的尖端放电当然容易造成在其尖端上包有空间电荷，这层空间电荷的存在会使其外层总电场降低，导致尖端放电的自抑制，即需要更强的先导场才能引发引雷针产生迎面先导，从而减少引雷作用。这样看来，如果有办法使引雷针尖较难产生尖端放电该是有益于引雷的。因此，有一种看法是认为引雷针尖做得越钝越好。不过，实际上也不宜做成一个曲弯半径在几厘米以上的引雷接闪器，它会使引下系统成为接闪器了？至少，把它做得十分尖并不会产生好效果。其实，自然存在的腐蚀，加上放电与受雷击，引雷针不可能会有什么很尖的尖端。另一方面，过钝的接闪器会抑制上行先导的产生，也是不利的。以上分析说明，不必刻意弄尖尖端，从实际看，目前工程设计也不必担心接闪器因过钝而不发生先导。Moore et al（2000）的野外实验也证明：引雷针的尖端很尖确实不能产生良好的引雷、接闪作用，而过钝的尖端确实也不易产生上行先导，引雷针的针尖存在一最佳曲率。更多的实践是需要的。
消雷器削减雷流的可能性
消雷器作为一种产品在国内发展了起来。90年代中期，所谓半导体少长针消雷器的设计者，抛弃了中和、屏蔽论，提出即使不能消灭雷击，也可“消（应为‘削’）减”雷击电流。只要能够使强、短电流变成弱、长电流，那么雷害问题也确实可以大大缓解。因为，此时感应及辐射均被相应削弱了，消雷器成了削雷器。
消雷器可削减电流的依据是：由于接闪器是半导体（实为30 kΩ左右的电阻器），电阻很大，从大地通过该电阻器进入先导的电流甚小（几十至几百安），这已限制了通道中的电离及中和，导致不能产生大的回击电流而有强大的限流作用。如果半导体针产生了闪络，大地电荷要通过前面所述通道中的大电阻弱电离区。由此，即使有闪络，前面这一限流区的作用还是存在的。并且，还进一步提出了由于中和不力，同号电荷相斥会阻止大地电荷上升。最后，还提出了即使有继后回击也可继续限流的论点（解广润等，1997）。为证明这种观点的正确性，引用了日本在1995年对不同阻值接闪器做的人工引雷试验结果。值得注意的是，该文分析中丝毫没提到应该必然存在的连接过程。其实，观测已说明空中先导是通过与地面上行先导相连接而产生强烈的回击。
在讨论这个问题前，首先一般地讨论或考察一下自然雷放电过程的记录。人们用较先进的方法记录雷电流及其辐射已有几十年，大范围地记录对地雷电流的辐射也有近20年的历史。从前面的章节中已经知道，对地雷电流有明显的脉冲波形特征及所代表的物理意义。自然大地有多种情况，大地电阻率的变化可以有好几个量级上的差别。但是，雷电流的辐射、波形都差不多，其幅值与大地电阻率并没有十分明显的关系（Rakov，1998），这可由近20年实时记录的结果所证明。它说明了雷击并不会因击地点是海水或是沙漠，波形或峰值就发生本质的差异。应该考虑强电场的作用会产生沿面放电、空气放电维持不了大接地电阻。那么，可以支撑迎面先导的半导体消雷针能不能抵抗雷击呢？是否因此而可以限流呢？是否迎面先导会比自然的雷击点产生的迎面先导电流小呢？迎面先导可以自持的条件既取决于临近的梯级先导场，也取决于它本身能否提供足够的迎面先导电流。对于一定的下行梯级先导及地面结构，很显然有一最小值。小于这个值没法在既定目标上产生迎面上行先导，其结果是雷击其他点而不是该点（半导体消雷针）。在这个值以上能产生自持的迎面先导能导致梯级先导与它相接而形成回击。这种迎面先导不因其源的电阻而有本质不同，它遵循先导自持发展所需的条件。如果认为有“半导体”的一般先导电流小一点，不过也需在自然上行先导电流最小值之上，不然产生不了先导。这样，回击的起始特征并不因上行先导可能的电流大小而与存在的其他回击有本质上的不同。或者说，这时通道连通与正常先导连接过程无本质差别。回击起始于上、下行先导连接点，而不是接闪器尖端或半导体消雷针端。想用可能减少上行先导电流来限制初始回击电注射流是徒劳的。
这就是说，回击电流波的向下部分到达半导体针时，通道中电离情况只会比原先的上行通道或一般的下行先导好。图9-5说明了这个连接加回击初始段的过程。此后，可以设想有以
下可能，即回击电流波进入半导体针，半导体电阻开始承受电流波，引起电位差剧烈升高。以10 kΩ量级的电阻值为例，当电流升到1 kA时，电位差就可达10 MV。进而可知它根本支撑不住而会爆炸或会造成其他两种可能情况。一是沿面闪络，二是纯粹的空气放电，即产生新的迎面先导，这就可能造成半导体少长针间的击穿或“并联效应”。但是针的并联并不能阻挡电流的上升，同样式过程仍在继续。其结果仍是沿面闪络或另外产生上行先导起始点。我们在分析时认定由于通道接地，电流一定会剧增，原因是通道中布满电荷，而整个通道回路的电动势及阻抗相当大，或者说回路内阻高。上、下行先导一连接，虽有电阻但与整个回路相比，电阻相对较低，仍会造成大电流。这是我们前面已提到过的实际雷电过程。即使不这么看，如果电流上不去，先导通道中电荷不能快速释放、中和，那么先导就必然更易引发闪络或开辟新途径入地。再从另一观测事实入手。我们已知击距一般在几十米，每一先导几何尺寸也是几十米，这其实已说明几米（如半导体消雷针那样为5m）的尺度是没法阻挡先导选择其他途径的。因为它能在几十米的范围内使各接地体产生迎面先导，而并不一定要选放电效率低的半导体针。
总之，忽视连接过程来讨论雷电的接地过程，显然是不符合实际情况的。
自然界非良导体遭雷击的情况，除上面提到过的击中沙漠外还有许多。其中，包括击中树木及楼宇。击中树木，有时无明显伤害，但有时可能成条剥去树皮，有时整棵树爆裂，偶尔还有起火的。这些都是雷击能量及树导电等情况不同的结果。但所有上述不同都没对雷电流波形造成明显变化。对于自古至今有的砖木结构或现今的钢筋混凝土建筑物，雷击并没因为材料的弱导电性而减少过它的瞬变性。
关于通道中同号电荷相斥而阻碍大地电荷上移这一观点，其实是缺乏电荷在场中运动的基本概念。电荷没电力线运动，电场是整个空间电荷的综合效应，怎么可以概念模糊到通道电场中因有同号电荷就说它们是相斥而动呢？根据什么说“此时由于受到同性的电荷排斥使地面电荷还难以上升”？
现在，看一下日本做过的消雷器的高阻模拟试验。要说明的是试验有两个特点：一是用人工引雷；二是用不同的高阻。实际上成功引雷到高阻上共4次。其中3次均发生了闪络，没发生闪络的一次阻值居中。发生闪络的3次，所测得的电流可能有分流效应，并从波形上也不能反映有陡变缓的现象，试验者认为是失败的。对于阻值为80 kΩ那次引雷没闪络迹象，认为可能有限流作用。但仅是可能，因为第一，一共仅成功一次；第二，人工引雷电流一般也较小，即使是自然雷也有较小电流的几率。非常明显，我们在引用人工引雷结果时，不能忽略它与自然雷可能有的差别，所以在分析闪络时恐怕不能随便下有限流作用的结论。在一共4次引雷中，3次闪络仅一次没闪络现象，只能作为个例提出，可进一步讨论或试验。
对于半导体消雷器针体，作为整体在日本及国内还有过引雷试验，但没有一次结果可证明有什么限流作用。
至此，可以认为走这条限流的路有可能是条死胡同，因为消雷器仅仅能起一个引雷针的作用，除接闪器外，其他与一般引雷针系统没什么两样。
关于消雷器近期的讨论，可参阅《电网技术》1996到1997年间多篇文章。
关于消雷器的野外现场试验，国内虽进行过，但并无肯定结果。我们认为，国内仍在销售的消雷器尚未经过严格鉴定，不宜使用。
高效引雷针
引雷针的高度是决定其防护效果的主要根据。但是实践中从结构可靠安全角度看，总是希望它越低越好。从建筑美观与费用看，也一般不希望有高出建筑物很多的独立装置。
20世纪以来，力图用较低高度的引雷针产生较高的避雷效果成了很多人的努力目标，但都以失败告终。近10年来，有一种利用所谓提前流光发射（ESE）性能的引雷针投入生产。这些产品主要来自法国、澳大利亚及瑞士。它们先以外国设计的楼宇、厂房附件形式进入国内。其后，又在国内设立代理商，应用在国内设计的一些建筑物上。
这种ESE引雷针的特点是，在接闪部分加一小装置，据说可在较低的先导场下引发迎面先导，导致有所谓ESE效应。如果迎面先导速效高度。这是一件大好的事情。但果真有如制造者所称的那么好吗？按不同的产品，认为可提高引雷针有效高度十多米到几十米。
要弄清楚它是否有作用，有下列方法：第一是做室内试验，即模拟雷电先导环境下比较其与富兰克林式的原始引雷针的有效作用距离之不同。第二是通过大量的野外实用来看它的功能或通过专门的野外对比实验来看其区别。第三是通过综合分析。第七章中对此已有过简单的评述，下面我们将把现况作较详细的介绍与评述。
迄今为止，没有野外实用的报告可以说明其性能（Moore et al，2000）。至于高压实验室内的实验，各种不同生产者有过不同试验，我们将对试验的可用性作些分析。有关这方面的工作在国外一些会议上有过报告（如：Berger，1992）。在1995年，由美国防火研究基金会支持美国国家标准及工艺研究所组织的有关文献及技术分析报告指出：①应优先发展新的方法用以计算或研究击距和保护区。从统计观点看显然这更有意义些。②应继续对ESE和常规接闪器在实验室中进行有关极性、空间电荷、风和湿度对流光起始几率的作用研究。③在高雷区的不同地方装上不同的接闪器并观察其附近的自然雷电。④对某中心区中不同地点、不同来源编辑及分析已有及新得到的关于闪电性质方面的资料。⑤强调应由独立人士或组织进行上述工作，其工作与厂商无关，这么做是为了提高可信度。他们又提出了如下结论：①雷电是一复杂而且无序的现象，变化范围很大，难以预测。对于防雷的任何理论或评论都必须考虑这一特点。②对于ESE式的装置，其似乎有用的物理基础是，针对射来的闪击，它的接闪器似乎会增加发出上行流光的可能性。③关于ESE和常规接闪器在自然环境下，目前尚无足够而且无可置疑的信息作相对性能的定量有意义的比较。这就是说，关于雷电人们了解得不够，对于一些防雷装置是如何起作用的也还搞不清楚。
美国的结论是说不清ESE有无作用。由此1997年版的美国有关防雷系统安装的国家标准中，经过再三讨论还是否决了把“消散阵列”及ESE接闪器列入标准中的建议。国际电工委员会在90年代对ESE接闪器也作过专门讨论，最终认为ESE装置没有改善防雷性能的根据，因而在标准中也没引用ESE装置。
Mackerras et al（1997）的分析主要指出了两点：第一，ESE指的是可提前放电，提前的结果导致其上行先导比常规接闪器产生的上行先导多走了一段距离。其距离差的长短由这种上行先导的速度决定。厂商提供的速度是1 m/μs。Mackerras et al（1997）指出这是一相情愿式的。他认为观测说明起始正先导的速度大概只有1 cm/μs。如果确实是这样，ESE效应是完全可忽略了。另外还得考虑的是几十米或几十微秒量级的平均速度。第二，那就是按流光理论，自持流光的形成与发展需要背景场，过低的背景场会因吸收不到足够能量无法产生自持先导，会自行熄灭。ESE只能解决初始的稍低场可引发流光，但一旦引发后，这种流光要自持发展所要求的背景场是与常规接闪器引发后自持发展流光所要求的场是相同的。这样在较低的场下引发了流光也维持不了。实质上，关键是ESE改变不了对自持发展流光场的要求，它只是帮助起始引发一下放电，而一旦引发脉冲消失后，维持放电的场却不够大，那么光引发放电等于没用。
在这里，我们去看一下厂商怎么会认为ESE是有效的。迄今，只有法国按厂商的试验制订了一个国家标准（NF C17-102）。该标准1995年发布，名称为用ESE接闪器对构筑物及室外作防雷。由于Mackerras et al已对流光初速及流光自持作了上述分析，我们将只进行一些比较，主要看看室内试验与真实雷电的差别。
在法国标准（NF C17-102）的附录C中的C1.1提出：为能模拟受击前的电晕与空间电荷，自然场为10~25 kV/m。但是，在实验场合如何模拟电晕，它们又如何与自然情况相符，是个没解决的谜。另外，事实上全球实测得到的场面场强，由于电晕及空间电荷的存在，即使在强雷暴下也很少超过10 kV/m。法国标准却选用它作为下限。让实验在这么一个强场背景下进行，其结果是为有ESE功能的装置贮存了一部分在实际上不存在的能量，便于其后ESE的产生。当然这只是个推测。不管怎么说，把背景场定得离实际很远会使问题复杂性。
在该法国标准中加一模拟的脉冲波，其上升时间（0~100%）定在100至1000 μs之间，而将标称值定在650 μs（见NFC17-102中C1.2及C4.2）。波形本身的前沿为常见的双指数型。标准化时还指出在上行先导起始区外加场的波形陡度应在2×108至2×109（V/m）/s之间。
首先，真正的场变化应该是越来越陡，而既非线性更非指数型。测试可用段看来只能是用波形的近似线性段。这样，测试参考波形是近似认为在二三百微秒内电场上升一个量级并致击穿。因此，法国标准的参考波形的上升时间过长，其结果当然是有利于ESE作用的显示。
从以上的粗略估算可以看出模拟场时间变化率与实际有相当大的差距。
另外，电极的几何关系方面也存在很多疑问（见NF C17-102中的C2.1，C2.2）。首先，极距尺寸过小，难以弄清自持流光是否产生。在自然情况下，流光发生的起始阶段背景场不会有什么变化，而目前这种布置是，一旦放电发生背景场因明显的相对极距变小而增大，这将有效地推进流光发展。首次，采用板棒电极与棒棒电极相比，显然后者更近于自然情况。用板极可避免在其上首先发生放电，但这样做却使实验明显偏离了实际。
以上分析说明，按法国标准得到的实验室模拟试验，与实际情况还存在许多差距，那么，按此标准生产的器件有多大可靠性呢？有关情况可参见图9-6及图9-7。图9-7实验波形的
上升时间慢于参考波形，但经查产品鉴定书，所用实验波形却快于参考波形，因此经折算，提前量均被人为放大了。图9-7中ΔT为推测流光发射时间提前量，τESE为ESE流光起始时间，ESR为相应单针的起始流光电场，EM为实验电场幅值。
最后，我们还要提出的一点是：下行先导的场实际上是由两部分组成的。一部分由上述变化速度的场构成，它们反映了云电荷沿先导通道的宏观运动，由引路流光产生。这放电给其后的另一部分即主梯级先导作了一个铺垫，使它能在稍有导电的引路流光通道中前进。梯级先导的突跳，存在1 μs左右，其幅值均为回击场的百分之几。梯级先导的最后一跳与上行先导相接形成回击。上行先导很可能是由下行梯级先导所激发的，因为下行梯级先导是叠加在宏观先导场上的造成更强场的源。由于下行梯级先导有一定强度同时持续时间为微秒级，在这期间它引发的ESE和常规接闪器的上行先导相互时差必小于1 μs，所以ESE接闪器如有作用也是可以忽略的了。要证实这观点，在实验室中只有能产生真正的下行先导或在模拟极上的叠加脉冲波。这一实验迄今还没人做。但是，如我们看一看ESE接闪器，这是在外场达到一定值时可以提早产生放电，这与自然先导有类似的功能。这可不可以说，在实验室中，我们用一无源装置在某一极上产生ESE作用，实际上类似于在加场极上加脉冲的作用。一旦我们在加场极上加上这“装置”显然被测极有无ESE作用就无关紧要了。或者说，如果ESE果然有作用，也只是说明了它更好地模拟了先导实际过程，并没有产生新过程。
我们的推论是：ESE各类产品如果有产品鉴定的话，这种鉴定标准不能提供充分的保证作用。如果各类产品中确有明显效能的产品，那么应该另行做试验。看来室内试验目前还难以令人满意，该下决心做野外实验。目前已有的野外实验（Moore et al，2000）的结论是否定的。从分析看，ESE接闪器真正有效的可能性极小。因为，从实际雷电过程看，即使有作用也因其时间提前量微小而难有实用价值。其结果与曾经销售一时的放射性接闪器是一样的（虽然其工作原理不相同），最终难逃被淘汰的命运。
