GB 50057 - 2010《建筑物防雷設計規范》以建筑物為主體，以建筑物內設備和人員安全為目標；對建筑物防雷工程中的特殊問題可應用規范的原理方法分析解決。
突出外墻的空調機防護
GB 50057 - 2010對屋頂金屬設備的防雷有相應要求，但對突出外墻的空調機未提供明確的防護措施。下面以較典型的第三類防雷建筑物的高層居住建筑為例，試做分析。
防直擊雷措施
根據GB 50057 - 2010 4．4．8條第1款規定，高度超過60 m的建筑物，“對水平突出外墻的物體，當滾球半徑60 m球體從屋頂周邊接閃帶外向地面垂直下降接觸到突出外墻的物體時，應采取相應的防雷措施”。
目前，各類建筑物防側擊雷措施只跟建筑物高度有關（即建筑物上部占高度20 ％并超過60 m的部位），和防雷類別對應的滾球半徑沒有直接關系。圖1中B、C、D屬于上下對應的外墻突出物，當突出部位是空調板和空調機時，僅在B處設置防直擊雷接閃器即可滿足要求。
防側擊雷措施
GB 50057 - 2010 4．4．8條第2款要求，高于60 m的建筑物，其上部占高度20 ％并超過60 m的部位應防側擊，防側擊應符合下列規定：
a. 上述各表面上的尖物、墻角、邊緣、設備以及顯著突出的物體，應按屋頂的保護措施處理；
b. 接閃器應重點布置在墻角、邊緣和顯著突出的物體上；
c. 外部金屬物、外部引下線可利用作為接閃器；
d. 作為自然引下線的鋼筋混凝土內鋼筋和建筑物金屬框架均可作為接閃器。
條文說明進一步引用IEC 62305－3：2010《雷電防護 第3部分：建筑物的物理損壞和生命危險》5．2．3．2條的內容，側擊的風險是低的 …… 而且其雷電流參數顯著低于閃電擊到屋頂的雷電流參數。然而，裝在建筑物外墻上的電氣和電子設備，甚至被低峰值雷電流側擊擊中，也可能損壞。
高層建筑物上部防側擊雷時，應至少符合第Ⅳ級防雷級別的要求，即設置不大于20 m × 20 m或24 m × 16 m的接閃網格，考慮利用豎向引下線和等電位連接環（水平不大于4層，即間隔3 m × 4 = 12 m）作為接閃網絡。當建筑物外墻的金屬窗需要做等電位連接時，也可每兩層設置水平接閃帶，分別在上下兩層的金屬窗側面預留連接板，以便等電位連接使用。
住宅用戶箱內不應設置電涌保護器
外墻處金屬窗可與防雷裝置做等電位連接；突出外墻的住宅室外空調機可否做以上等電位連接呢？
空調機如果和防雷裝置做等電位連接，勢必會引入部分雷電流，高層住宅的用戶箱內應設置適配的電涌保護器作為防閃電電涌侵入的保護措施。
住宅內常用的電線電纜、低壓電器（如微型斷路器、RCD等）、保護或連接用電器裝置（如開關、插座等），以及大多數家用電器已列入3C認證目錄，安全性相對有保障；而電涌保護器產品未被列入強制性認證目錄。電涌保護器不屬于在家用或類似場所使用的保護電器，對未受過訓練的非專業人員可能有安全隱患。
關于電涌保護器的設置場所，美國國家電氣法規NFPA 70 - 2017《National Electrical Code》 285. 11條明確，除特別規定的場所以外，電涌保護器應設置于僅熟練人員才允許進入的場所。NFPA 780 - 2017《Standard for the Installation of Lightning Protection Systems》4. 20. 7. 4條要求，所有電涌保護器部件應便于檢查和維護；8. 10. 6. 3條進一步規定，電涌保護器應按照制造商的指示進行周期性檢查，間隔時間不應超過7個月。
家用及類似場所顯然不具備以上電涌保護器安裝條件，也不滿足電涌保護器的周期性維護要求。
因此，住宅室外空調機應處于接閃器的保護范圍內，并應與防雷裝置保持間隔距離。
外墻處空調機的防護
>>>>防雷網格
以建筑高度為78 m的某第三類防雷高層住宅建筑為例，頂部的空調板和空調機應設置防直擊雷措施，在最上層空調板外邊緣設置金屬欄桿作為接閃器，使得空調機處于滾球保護范圍內。
建筑物高度的80 %（即62. 4 m）及以上部位需要設置防側擊雷措施，因此，從60 m（20層）開始，頂層的空調板外沿應設置暗裝接閃帶，并與鄰近的防雷網格連接；每間隔一層設置水平暗裝接閃帶，使空調板之間的空調機處于25 m × 6 m（第三類防雷建筑物引下線間距按25 m）接閃網格滾球保護范圍內。室外空調機的防側擊雷措施示意圖見圖2。
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間隔距離核算
室外空調機的典型尺寸按800（L）× 600（H）× 280（W）計算，住宅空調板和空調機突出外墻時，參照國標圖集11J930《住宅建筑構造》F49做法，見圖3。
核算空調機和防雷裝置在混凝土中的間隔距離
式中：ki —— 取決于所選擇的雷電防護裝置（LPS）分類，第三類防雷建筑物ki為0. 04；
km —— 取決于電氣絕緣材料，混凝土材料取0. 5；
kc —— 取決于流經接閃器和引下線的雷電流，雷電流按兩個方向分流，取0. 5；
l—— 從選定的間隔距離的點沿著接閃器或引下線到最近等電位連接點或接地點的長度，m。
按空調板最不利情況計算長度，l1 = 1. 2 + 0. 6 = 1. 8 m，樓層高度l2 = 3 m（按每間隔一層設置水平暗裝接閃帶），即l = l1 + l2 = 1. 8 + 3 = 4. 8 m。
核算空調機和防雷裝置在空氣中間隔距離
為了提高頂層空調器防直擊雷的可靠性，在頂層空調板外沿設置金屬欄桿兼做接閃器，因此，需要核算頂層空調機和金屬欄桿接閃器之間空氣中的間隔距離。金屬欄桿高按600 mm，km取1，l取4. 8 + 0. 6（金屬欄桿的高度）= 5. 4 m。
可見，對于第三類防雷建筑物，圖2的布置滿足間隔距離要求，可避免防雷裝置對空調器側閃。如果是第二類防雷建筑物，為了確保對突出外墻的空調器實施保護，水平接閃器可每層設置，即間距3 m。
小結
當建筑物空調板突出外墻時，室外空調機的防護如下：
a. 頂層空調板應設高度不小于600 mm的金屬欄桿，并與防雷裝置連接。
b. 電涌保護器不屬于家用或類似場所使用的電器，不應設于住宅用戶箱內；所有空調機的金屬外殼不應與防雷裝置連接，避免引入雷電流。
c. 對于第三類防雷住宅建筑，突出外墻的空調器防側擊應間距6 m（每隔一層）設置水平暗裝接閃帶；對于第二類防雷住宅建筑，間距3 m（每層）設置水平暗裝接閃帶。
d. 室外空調板周邊設置暗裝接閃帶，并與防雷網格連接。
室外箱變的防護
電涌電流的分配
當電源由室外箱變引至設有防雷裝置的建筑物內時，GB 50057 - 2010 4．3．8條第4款要求：應在低壓電源線路引入的總配電箱、配電柜處裝設Ⅰ級試驗的電涌保護器。室外箱變處如何設置電涌保護器呢？
設有防雷裝置的建筑物內的電氣和電子系統，可能遭受雷擊（S1損害源）時的地電位反擊，也可能承受室外箱變及其埋地線路遭受雷擊（S3損害源）的閃電電涌侵入。按照GB 50057 - 2010，通?？蓛H考慮更嚴酷的地電位反擊危害。
如果不考慮其他服務設施分流的因素（或引入處采用非金屬管道和非金屬線路）的前提下，根據電阻耦合原理，雷擊建筑物的全部雷電流在建筑物的接地裝置和室外箱變的地之間分配，見圖4。
根據相關試驗，施加雷電流i為200 kA、10 / 350 μs雷電流，建筑物和室外箱變的接地電阻R1 = R2 = 30 Ω時，電力電纜長度分別取50 m、500 m和1 000 m，雷電流分布見圖5（引自GB / T 19271. 3 - 2005 / IEC TS 61312：2000《雷電電磁脈沖的防護 第3 部分：對浪涌保護器的要求》，此規范已于2017年12月15日廢止）。
在沖擊電流的初始階段，雷電流的分配由系統的電感確定，到沖擊電流的波尾階段，電流的變化率較小，電涌的分配將由系統的阻抗確定，即：
隨著室外電纜長度增加，電源線路的阻抗增大，進入室外箱變接地裝置的雷電流會相應減小。因此，雷電流的分配依據接地路徑的阻抗分配，為方便估算，通常建筑物電氣裝置的接地極∞和室外箱變接地極之間按50 % — 50 % 分流原則。
電涌保護器的選擇
電涌電流進入箱變的低壓繞組后泄放入地，低壓側侵入的雷電流在低壓繞組上的過電壓并不高，但是，變壓器低壓側的過電壓會在變壓器高、低壓繞組間發生電磁耦合，按變壓器的變比變換到高壓側，形成高壓側的過電壓。這種低壓側遭雷擊變換到高壓側的過電壓稱為正變換過電壓。
由于變壓器高壓繞組的絕緣裕度遠低于低壓繞組，因此常會出現變壓器低壓側落雷，低壓側繞組未損壞，而高壓側繞組因正變換過電壓而損壞的現象，因此，有必要在箱變的低壓側設置電涌保護器泄放電涌電流。
根據電涌電流的分配情況，箱變的接地裝置需要泄放和建筑物相當的電涌電流。從圖5可以看出，進入電源系統的總雷電流小于進入建筑物接地裝置的總雷電流。因此，在室外箱變低壓側設置不大于12. 5 kA、10 / 350 μs的電涌保護器已經充分。
電梯機房控制柜電涌保護器選擇
工程案例
某住宅樓遭雷擊后，3臺電梯無法使用，現場勘查后發現：
a. 電梯機房內金屬裝置（包括電梯金屬外殼）、電梯控制箱均采用等電位連接，但是電梯電源箱和等電位連接箱未直接連接。
b. 電源箱和電梯控制箱之間的電源線路未做金屬管屏蔽。
c. 屋面接閃帶與電梯機房內金屬裝置連接。
d. 雷電流進入電梯控制箱造成元件損壞。
e. 電梯電源箱內4極電涌保護器規格：最大持續運行電壓UC = 385 V，電壓保護水平UP = 2. 0 kV，標稱放電電流In = 20 kA，最大放電電流Imax = 40 kA。電涌保護器視窗顯示為綠色，表明未出現故障失效。電梯配電箱現場照片見圖6。
案例分析
根據現場電梯機房、電源箱等照片繪制電氣系統圖，見圖7。
由于電梯機房內金屬裝置和屋頂接閃器連接，導致較大的雷電流引入電梯機房內的電氣設備。電涌保護器未出現故障失效，電涌保護器兩端接線約為0. 2 m，電涌保護器及其連接線上的有效電壓保護水平為U1：
U1 = UP + UL = 2. 0 kV + 0. 2 kV = 2. 2 kV
回路1長度約2. 0 m，全程未做屏蔽處理，導致雷電流可能在回路1上產生較大的感應過電壓U2：
由GB 50057 - 2010表6. 4. 4，Ⅰ類設備（含有電子電路的設備，如計算機、有電子程序控制的設備）的耐沖擊電壓額定值UW為1. 5 kV。4. 2 kV遠大于1. 5 kV，可見，電梯控制柜內電子設備很容易遭雷擊損壞。
適配的電涌保護器
電梯機房處于LPZ1區內，為避免引入雷電流，不應和屋面防雷裝置等電位連接。電梯機房內的保護導體、裝置外可導電部分應設置等電位連接，電源線路的金屬管應做好屏蔽，消除感應過電壓U2。
按照GB 50343 - 2012 《建筑物電子信息系統防雷技術規范》表5. 4. 3 - 3，可選擇Ⅱ級試驗的電涌保護器，具體參數為：Uc = 275 V，Up = 1. 5 kV，In = 20 kA；接線方式為凱文接線時，UL = 0。
Up / f = U1 + U2 = UP = 1. 5 kV
根據GB 50057 - 2010 6. 4. 5條，Ⅱ級試驗的電涌保護器標稱放電電流不應小于5 kA。由壓敏電阻的伏安特性可知，當安裝處預期電涌電流為5 kA時，In = 5 kA，Up / f 5 kA ＜ 1.5 kV，UW = 1. 5 kA，可實現對電梯控制柜有效保護。
總之，電梯機房的電涌防護應做到以下幾點：
a. 電梯機房內電梯電源箱和金屬裝置等應納入等電位連接，但不應與屋面防雷裝置連接。
b. 電源線路金屬管應在兩端可靠連接，做好線路屏蔽，以消除感應過電壓。
c. 選用適當的電涌保護器和有利的接線方式，使得有效電壓保護水平不大于終端設備的耐沖擊電壓限值。
能量配合的電涌保護器
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退耦原理 —— 傳統能量配合
若電梯機房內金屬裝置不可避免與防雷裝置連接（例如和鋼筋混凝土內鋼筋或鋼構件連接），則會引入部分雷電流，因此需要考慮電涌保護器的分級配合。電涌保護器之間的配合，取決于下一級電涌保護器的最大能量耐受。
如圖8所示，開關型電涌保護器1和限壓型電涌保護器2之間配合時，應使電涌保護器2的瞬態電壓低于電涌保護器1的觸發電壓，在允許的空間里，可利用電涌保護器之間的導線提供足夠的電感，導線的寄生電感和電涌電流上升率的乘積，形成沿導線的電感電壓降UL = L × di / dt，疊加到電涌保護器1上，使得開關型電涌保護器1導通。能量配合滿足：U1 ≤ U2 + UL。
兩級電涌保護器之間協調配合的電纜長度一般要求不低于10 m，但是，在電梯機房同一個電源箱內實現此目標困難較大。另一個選擇是采用退耦元件。
退耦元件主要選用電感，但是，退耦電感存在以下缺點：
—— 電感是耗能元件，將產生不期望的能耗；
—— 線路的額定電流受制于電感元件的額定電流；
—— 電感會增加安裝空間；
—— 電感在較大沖擊電流情況下，可能出現磁飽和現象，導致電感量降低，配合失效。
值得注意的是，在沖擊電流作用下，耦合電感會受到不同程度的損傷，導致可信度下降。
能量控制的另一個重要因素是電涌電流的陡度di / dt。當對Ⅰ級試驗和Ⅱ級試驗的電涌保護器進行配合時，應同時經受10 / 350 μs雷電流和雷擊概率99 % 的最小陡度0.1 kA/μs，否則仍可能出現配合盲區；放電間隙（SG）和氧化鋅壓敏電阻（MOV）能量配合原則見圖9。
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組合型電涌保護器 —— 主動能量控制配合
主動能量控制配合不需要考慮組合電涌保護器的退耦環節，通過控制限壓型電涌保護器的最大能量和點火電壓的關系，將開關型電涌保護器和限壓型電涌保護器直接并聯，形成組合型電涌保護器，實現主動能量配合，見圖10。這類組合電涌保護器綜合了放電間隙和氧化鋅壓敏電阻各自的優點，既具有MOV高響應速度和低保護水平，又具有SG的高能量泄放能力。
主動能量控制配合和傳統能量配合的區別：傳統解耦技術受制于電涌波形，陡度越大的波形越容易配合，陡度小的波形配合則相對困難。而主動能量控制配合由殘壓決定，可在后級電涌保護器能量耐受能力之前，設定一個較低的點火電壓；當壓敏電阻上的殘壓達到此點火電壓時，前級電涌保護器上的點火裝置將觸發火花間隙，泄放并轉移大部分的電涌電流，見圖10。
因此，主動能量控制配合具有以下優點：
—— 將需要配合的電涌保護器直接并聯安裝；
—— 不需要退耦元件，節省安裝空間；
—— 降低成本，減少能耗；
—— 能量配合沒有盲區；
—— 主動控制，延長電涌保護器的使用壽命；
—— 提高了可靠性；
—— 降低電壓保護水平，一次安裝可以同時處理Ⅰ級試驗雷電流容量（10 / 350 μs，12. 5 kA）和較低的電壓保護水平。
主動能量控制配合見圖11。
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組合型電涌保護器 —— 安全能量控制配合
安全能量控制配合在主動能量控制配合的基礎上提高了安全性：
a. 沖擊電流達到25 kA（10 / 350 μs），能輕松應付大多數場所安裝處可能出現的預期雷電流。例如，多根引下線的第一類防雷建筑物，分流系數Kc取0. 44時，Iimp = 0. 44 × 200 = 88 kA，每一模式導體上的沖擊雷電流Iimp = 88 / 5 = 17. 6 kA，＜ 25 kA。更有IEC 62305 - 1 Ed. 381 / 590 / FDIS《Protection against lightning — Part 1：General principles》要求，對于Ⅰ類雷電防護等級，發生雷擊建筑物（S1威脅）的電阻耦合時，預期的雷電流為10 / 350 μs，25 kA?？梢?，這種沖擊電流等級的電涌保護器可應用于幾乎所有的高暴露場所。
b. 組合式電涌保護器中，空氣間隙的固有缺陷是有續流，續流的幅值接近安裝處的短路電流，可能產生以下危害：
—— 低壓系統電壓暫降；
—— 發生接地故障，甚至可能出現人身安全問題；
—— 設備承受較大應力，壽命降低；
—— 上級熔絲動作，導致供電中斷。
安全能量控制配合的顯著特點是特殊的結構設計避免了續流產生，可以在供電電源和大地之間實現電氣隔離，也提高了系統的可用性。
c. 空氣間隙的自點火電壓為0. 9 kV，殘壓值達到0. 9 kV ~ 1. 5 kV的較低水平。
d. 最大持續工作電壓為交流350 V，適合電壓波動大的環境，提高了電涌保護器的使用壽命。
e. 暫態過電壓的UT為415 V。
其中：試驗電壓Ucs= 1. 1 × U0 = 1. 1 × 230 = 253 V
暫態過電壓適合包括TN、TT和IT的低壓系統。
f. 組合型電涌保護器采用的雙接線柱，接線見圖12，很容易實現凱文接線，將連接線的電感電壓降低到最小。
安全能量控制電涌保護器特點見表1。
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電梯控制柜抗擾度
電梯控制柜內含有如計算機、電子程序控制的電子設備，具有相當低的限制瞬態過電壓水平，屬于過電壓類別為Ⅰ類的設備，不能與公共電網直接連接。通常，電梯產品技術委員會需要規定系統或設備的過電壓類別或額定沖擊電壓，例如GB 7588 - 2003（2015）《電梯制造與安裝安全規范》對于電涌抗擾度的電磁兼容性應滿足EN 12016：2013《Electromagnetic compatibility — Product family standard for lifts，escalators and movingwalks — Immunity》的相關規定，其試驗要求見GB / T 17626. 5 - 2008 / IEC 61000 - 4 - 5：2005《電磁兼容 試驗和測量技術 浪涌（沖擊）抗擾度試驗》。開關電源適配器交流端的電涌抗擾度試驗應滿足表3的要求，其試驗波形為：開路電壓1. 2 / 50 μs，短路電流8 / 20 μs。
其中，等級3用于電源線路和信號線路平行敷設的電氣環境。設備共用接地系統，該接地系統幾乎都會遇到接地故障、開關操作或雷電產生的干擾電壓。受保護的電子設備和靈敏度較差的電氣設備接于同一電源網絡，電涌電壓不應超過2 kV。
針對電梯、自動扶梯和移動人行道產品的抗擾度，EN 12016：2013將每相不大于100 A的輸入輸出交流端口的相線對地電涌電壓峰值定為 ± 2 kV。
因此，電梯控制柜已具有UW = 2kV、8 / 20 μs耐沖擊電壓水平，以上組合型電涌保護器已經滿足要求。
結論
防雷保護是一項系統工程，要考慮安裝環境、使用特點、雷電特性、保護措施等一系列因素：
a. 家用及類似場所用戶箱內不應設置電涌保護器，突出外墻的電氣設備應處于接閃器保護范圍內，并與防雷裝置保持間隔距離。
b. 為避免室外箱變處正變換過電壓的影響，箱變低壓側應設置Ⅰ級試驗的電涌保護器。
c. 電涌保護器不是單一的保護措施，終端設備的防雷保護需要綜合防護，根據威脅的類型采取適當的過電壓保護措施。當終端設備需要考慮較大電涌電流防護時，需要選擇組合型電涌保護器，安全能量控制配合比傳統的能量配合具有更好的安全性。