电力系统中的外部过电压是由雷云放电所引起的。一种是由于雷云感应使电气设备引起的过电压，称为感应过电压; 另一种则是雷云通过电力网或设备直接放电而引起过电压称为直击雷过电压。外部过电压都是由于电力系统外部的大气影响而产生的，故又称大气过电压。
1、雷云的形成。我们都知道，在闷热的天气里，空气中的水蒸气已接近饱和，所以空气是很潮湿的。加上无风的条件，就能使气流强烈的上升，在晴朗的夏天，由于太阳光的照射，接近地面的空气层很快地受热上升，这就是使气流能够持续上升的首要条件。所以雷电常常在闷热无风晴朗的夏天发生。
雷云究竟是怎样形成的呢？接近地面的一层大气被太阳一晒，使它受热，空气的体积就会膨胀而变轻，象轻气球一样往上升。对它的压力就会随高度而降低; 压力一降低，它就又膨胀。可是气体在膨胀时是需要热能的，但空气本身的导热能力很差，因此这些热能不可能靠外界来供给，只有靠本身温度降低来取得热能。如果是干燥空气或未饱和空气，每上升1000m，由于压力下降，引起膨胀，而使温度下降约10℃。一般上升到2000m处空气本身的温度降低到和其周围的温度（8℃）差不多，此时不再上升，这种气流是不会生产雷雨的。如果是饱和空气，每上升1000m，由于水蒸气凝结出水，放出潜热，而使饱和空气的温度仅下降约为5℃。以28℃的饱和空气为例，当它膨胀上升到2000m时，其温度降低到18℃，此时仍大于周围大气的温度即饱和空气仍比周围大气热，所以还能继续上升，在饱和空气上升的过程中，水蒸气大量凝结，开始是水珠，后来变成冰，最后变成雪。雷云顶部白色都是由小雪花构成的，该处的温度即使在盛夏也常低于零下40℃。这里所说的只是雷雨的一种，一般称作“热潮雷”，发展迅速的则称为“热雷暴”，是夏天经常发生的雷暴。一般说来热潮雷比较缓和持续时间长，雷雨多半在夜间。而热雷暴发展得很快，经常伴有暴雨，下得很急，还常带有冰雹，时间较短促，持续时间一般约一两小时，每个雷暴区涉及面积不大。而热潮雷涉及区域则较广。
由此可见，只要具备雷云形成的条件: ①空气中有足够的水蒸气; ②有使潮湿的空气能够迅速上升并凝结为水珠的气象或地形条件; ③使气流能强烈持久地上升，就会形成多种多样的雷云，如“热潮雷”、“寒潮雷”及“山地雷”等。
寒潮雷是由强大的冷空气突然侵入热空气地带时产生的，由于冷空气比较重，于是像一个楔子一样插到原来较潮湿的暖空气层下面，使热空气迅速上升至一定高度，就形成了雷云，雷雨也就必然跟着而来。由于冷空气往往来势狠猛，所以寒潮雷是雷暴中最强烈的一种，危害很大。这种雷雨一般是沿冷热空气交界处好几百公里长的一条线上，宽度约为20-60km的带形地区发展，并以每小时50-60km的速度向前移动，最高速度可达每小时100km。
山地雷是由于地形条件在山岳地带发生的一种雷暴。如近海的山岳地带，海风吹来潮气很重，易于使空气中的水蒸气达到饱和，再加上山坡吸收太阳辐射能将热散发到近山坡的一层空气，使它比远离山坡的空气为热，因此当海风吹到山坡时，由于地形关系，必然使气流强烈地上升，形成山地雷暴。
那么雷云中的电荷又是怎样产生的呢？我们知道雷云的主要成份是水的各种状态（水蒸气、水滴、冰和雪），原来都是中和状态，是不带电的，但在气流急速上升的过程中，小水珠就会分裂和碰撞，而形成带电体，使带正电荷的水滴下降，带负电荷的水珠继续上升，等到一定数量的电荷聚集在一个区域时，其电势就可能达到使附近空气绝缘遭到击穿的程度。雷云所带的电荷越多，它的电压也越高，当它和另一块异性带电的雷云接近时，就会使两块雷云间的空气绝缘被击穿，发生剧烈的放电，使正负电荷互相中和，从而出现耀眼的闪电。由于雷电流很大，放电时产生高温，使周围空气猛烈膨胀振动，于是发出振耳的雷声。
2、直击雷过电压。有时雷云较低，周围又没有带异性电荷的云层，而在地面上又有高大的树木或建筑物，雷云就会通过这些物体对大地放电。这种放电首先是由云端先发出一个不太明亮而以跳跃式向大地前进的通路开始的，一般每跳跃前进50米，就要短暂停顿30-90μs然后再继续前进，这种放电叫做阶段式先驱放电。当先驱放电的通路到达大地时，主放电才开始，主放电是从大地开始向云端发展。此时放电通路极其明亮肉眼常常可以观察到，随着主放电向上发展，其亮度则逐渐降低，一到云端，主放电也就完成了。主放电以后尚有较微弱的余光，余光的持续时间可达千分之几至百分之几秒。余光阶段过后，就结束了整个脉冲放电过程。也有的雷云放电不只是一个脉冲，而是包含着3-4个脉冲的重复放电，后几个脉冲的先驱放电不是以跳跃方式向前发展，而是连续的先驱放电。
雷云在先驱放电时，其电流并不大，因此时雷云的负电荷只是处在放电通路积聚的过程中。当先驱放电到达大地以后，大地的正电荷急速中和放电通路中的负电荷，此时电流很大，能达几百kA，一般叫做雷电流。至于“余光”则是主放电后向大地泄漏电荷的过程，其电流值很校
当雷云通过线路或电气设备放电时称为直击雷。主放电瞬间通过线路或电气设备将流过数十万安培的巨大雷电流，此电流将以光速向线路两端涌去。这时若没有适当设备将雷电流迅速引入大地，则大量电荷将使线路发生很高的过电压，势必将绝缘薄弱处击穿而导入大地。这种过电压称为直击雷过电压，它的大小取决于雷电流的幅值与雷电流波头的陡度（即雷电流变化的速度）。
如果直击雷落在铁塔上，雷云通过铁塔放电，一旦铁塔底脚接地电阻过大，则雷电流导入大地时，热必在铁塔上产生很高的电压降。有可能击穿设备或线路的绝缘，这种现象通常称为“反击”。
3、感应过电压。在送电线路或电气设备上除了直击雷过电压外，还会出现感应过电压，即当线路或设备附近发生雷云放电时，虽然雷电流没有直接击中线路或设备，但在线路导线上会感应出大量的和雷云极性相反的束缚电荷，这种束缚电荷可抵偿雷云电荷所产生的电场在导线上所引起的电位升高，因而使导线的电位仍维持原来的情况，对线路的运行并无任何影响。但雷云对大地上其它目标（如附近的山地或高大树木等）放电以后，雷云中所带电荷迅速消失，导线上的感应电荷就会失去雷云电荷的束缚而成为自由电荷，并以光速向导线两端急速涌去，从而出现很高的过电压，这种过电压称为感应过电压，这种感应过电压幅值的大小和雷云放电时雷电流的幅值、线路导线对地的平均高度以及线路距直击雷地点的距离等有关。其幅值有时可达500~600kV，足以使60~80cm的空气间隙发生放电。所以感应过电压对60kV以下的送电线路还是有很大危害的，应引起足够的注意。
为了避免电气设备遭受直击雷以及防止感应过电压击穿绝缘，我们通常采用避雷针、避雷线、避雷器等设备进行过压保护。
