외부에서 오는 서지

1) 낙뢰에서 유도되는 서지
낙뢰에서 유도되는 서지에는 크게 3가지가 있는데, 각각 저항성결합, 유도성결합, 용량성결합에 의해서 유도된다. 다음 그림은 각각의 서지유도 방식(mechanism)을 나타낸 것이다.
 

벼락이 칠 때, 뇌운(thundercloud)의 정전기 에너지가 방전되면서 수 십kA의 전류가 지표면의 바위와 흙 등을 타고 흐른다. 최악의 직격뢰를 설명하는데 100kA와 200kA의 낙뢰전류가 자주 이용된다.
대지는 완전한 전기 도체가 아니기 때문에 낙뢰전류가 흐를 때 지표면의 여러 지점 사이에 극도로 높은 전압이 유기된다. 예를 들어, 상당히 낮다고 할 수 있는 접지저항 2Ω에 100kA의 전류가 흐르면, 대지에서 수 m 또는 수 십 m 사이에 200kV의 전압이 유기된다. 이것이 접지 사이에 나타나는 서지로써 저항결합에 의해 유도된 것이다. 낙뢰에 의해 유도되는 서지 가운데 저항결합에 의한 것이 가장 많다. 두 빌딩이 낙뢰지역에 있으면서 어느 정도 떨어져 있다면, 두 빌딩 사이에 큰 전위차가 작용한다. 동봉이나 메쉬(rods and mats)를 통해 대지(local ground)에 접속되어 있는 서로 다른 접지(electrical earth)에서 둘 사이에 큰 전위차가 나타나기 때문이다.
각 빌딩의 전기 시스템이 완전히 자기 빌딩 안에 수용되어 있다면, 이 전위차가 아무런 문제도 야기하지 않는다. 그러나 LAN 케이블 등이 두 빌딩을 연결한다면 한 빌딩에 있는 장비는 다른 건물에 있는 장비에 비해 상대적인 대지전위를 겪게 되는데, 이 전위차는 LAN 장비의 절연을 파괴하기에 충분하다. 다음 그림은 이 내용을 나타낸다.
오늘날의 빌딩은 필연적으로, 전기나 통신을 위해, 여러 가지 케이블로 상호 연결될 수밖에 없다. 그런데, 케이블이 건물 상호간을 연결하고 있으면, 서지보호기를 설치하는 데 상당히 주의해야 한다. 빌딩에는 수많은 신호용 케이블이 있는데, 이 케이블은 빌딩의 전기 접지에 연결되어있지 않은 상태이다. 이 신호용 케이블에는 FAX와 모뎀이 연결된 전화선, 안테나, 보안용 비디오카메라 회로 등이 포함된다. 이 모든 케이블이 대지 전위차에 따른 위험을 가져오기 때문에 각각에 대해서 서지억제대책을 고려해야 한다.

낙뢰에 의해 발생하는 접지 사이의 서지

2) 스위칭에 의한 서지
전력회사의 전력계통에서 지락사고나 단락사고가 일어나서 그 부분을 계통으로부터 분리될 경우, 또는 계통에 연결된 수용가의 큰 부하가 기동되거나 계통에서 차단될 경우에 전력계통에 순간적인 전압변동(sag 또는 swell)과 함께 서지가 발생한다. 이 경우에는 계통의 전류가 순간적으로 크게 변화하는 과정에서 계통의 전류변화와 선로 리액턴스의 곱(L*di/dt)에 의해 서지가 발생하게 된다.

5.2 내부에서 발생하는 서지
서지가 외부에서만 발생하는 것은 아니다. 많은 서지가 빌딩 내부에서 발생하는데, 내부 전력계통에서 엘리베이터와 같은 큰 부하가 기동 또는 차단될 때, 내부의 지락전류나 단락전류가 차단될 때 발생한다. 이 과정을 그림에 나타낸다. 사고가 발생하면 전원에 단락전류가 흐른다. 퓨즈나 차단기에 의해 단락전류가 갑자기 차단되면 유도성 과도전압(inductive transient voltage)이 생성된다. 이 때, 파형은 대개 감쇠 진동하는 형태이며 전압의 최고치는 전력선의 인덕턴스와 전류의 변화율에 따라 달라진다.