通过过电压模拟可以形象地深入了解过电压的发展过程，验证采取限制措施的有效性。用来分析雷电过电压的模拟装置称为防雷分析仪，用于分析电力系统内部过电压的模拟装置称为内部过电压模拟，又称为暂态网络分析仪（TNA）。它在20世纪80年代及以前应用较广泛，现逐渐被数模混合仿真系统所替代。

电力系统过电压模拟装置是根据相似定理建立起来的，它将电力系统中对产生过电压有影响的元件（电源、变压器、断路器、避雷器、输电线路、并联电抗器、串联补偿电容器等）按一定的比例关系制成小型模型，组成一个小型的电力系统。模拟参数与实际系统参数的比值称为模拟比例尺（或比例系数）。在物理模拟中，各模拟比例尺之间要保持一定的关系，这个关系根据相似判据确定，根据所确定的模拟比例尺设计各个模拟元件。在内部过电压模拟装置中，电源模拟采用等效电压源，由调压器和等效阻抗组成；电力变压器模拟由具有高饱和度的理想变压器和电抗组成，主要模拟变压器的伏安特性和漏抗；输电线路模拟采用链形回路，由电感、电容、电阻和泄漏电导组成，为了反映真实线路的波过程，必须有足够的链数；用晶闸管配合电子线路来模拟断路器的分、合闸和重燃等，避雷器的阀片用非线性电阻或用线性电阻配合电子线路分段模拟；高压并联电抗器和串联补偿电容器则分别用小型电抗器和电容器来模拟。防雷分析仪由线路、变压器、变电站母线、避雷器和雷电波发生器组成。变压器只模拟入口电容，母线用波阻抗模拟，线路和避雷器与内部过电压模拟相似。

中国于20世纪50年代末开始建立过电压模拟装置，利用这些装置研究了各级电压的变电站防雷保护接线，以及330千伏和500千伏系统内部过电压及其限制措施。