1.概述
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系统外部的大气影响而产生的，故又称大气过电压。
随着电子技术的发展，电子器件已进入大规模集成电路时代。电子设备的功能得以改善，运行的可靠性不断提高，然而防雷的能力却大大地降低了。现在，每年遭到雷击而造成的损失数以亿元计，所以研究保护微电子设备免遭雷电危害已成为一个重要课题。虽然在上个世纪出现了很多的防雷方法和派生出很多防雷器件，但由于对雷电的了解不全面或对器件性能的偏见，往往得不到预期的效果。由于不得其法，浪费了大量资财。研究雷电形成的机理，创新新的防雷理论和技术，探讨防雷规范中的不足，完善整体防雷体系，以求防雷研究新的进展。

2.雷电场的产生
雷电的能量是巨大的，在人类活动中，任何单一的电站所发出的电能不可能产生一次雷电所释放的能量，那么这样大的能量积聚是怎样形成的，下面从物质运动论的角度来探讨雷电场的产生。
由于物质的运动自然界产生巨大的自由电荷，当然这些自由电荷是产生雷电的根源。从电子学中得知，要形成一个强大的电场，一定是其中一方是同性质电荷的积累，但是在天空中空气是绝缘的，同性质的电荷又相斥，它们不可能积聚在一起，不可能形成能量的集中，天空中的物质受气流、宇宙射线的影响而产生自由电荷，且不断增加，在大气层的挤压下向太空高层运动，形成一个电离层，这个电离层是含单性电荷的电子层，其电场的能量是不可估量的。
当大气层中出现潮湿的空气，在上升阶段又遇冷空气结成水状云块时，由于云块可看成是一个整体的导体，在电离层电场力的作用下，云层中的电子推向面向地的一端，虽然云块正负电荷的绝对值相等，但实际上形成了一个静电场，在晴天，云块远距地面而且云块与大地间潮湿空气较稀，它们之间介质绝缘程度较高，不易发生击穿放电现象，但是在雨天，特别是热雨季节，由于云层下降，空气潮湿，在此条件下带电云块击穿空气向大地放电而形成雷电。
雷电不单纯是空间对地放电，往往在空间也会形成雷电。这是因为带电云块在空间的位置较高，当地面的潮湿空气急速上升时，它与带电云块形成的电场在空间放电，形成高空雷电。
云块受电离层电场力的作用产生静电现象，这些云块向地放电以后，其本身产生电离即云块的正负电量的绝对值不相等，形成带电现象，带电云块随着气流运动与另一云块形成电场，当它们逐渐接近时产生放电现象是形成空中雷的原因，当我们观察雷电在空间放电时，往往是一次接一次有连续不断的感觉。

2.1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，其电流值很小。
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”。

2.2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。

3.雷电防护
3.1外部防雷装置与内部防雷装置
雷击是严重的自然灾害之一，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。但就我国而言，过去防雷设计在整个建筑设计中所占的比重虽然很小，但雷击所造成的损失却无法轻视。由于雷电具有高电压、大电流和瞬时性特点，强大的闪电产生静电场、电磁场和电磁辐射，以及雷电波侵入、地电位反击等，统称雷电电磁脉冲LEMP，严重干扰无线电通讯和各种电子设备的正常工作，在一定范围内造成许多微电子设备损坏。IEC指出：“雷电，高科技的天敌”。因为防雷电电磁脉冲LEMP这是富兰克林避雷针等防直击雷系统无法保证的。雷击释放出数百焦耳能量，这一能量与足可影响敏感的电子设备毫焦耳量级的能量差别悬殊，需要有一种合理的工程保护方式。既要防护直击雷，又要防护雷电电磁脉冲LEMP，称为综合防雷工程。综合防雷工作一是要防护直击雷；二是要防闪电电磁脉冲。