在正常运行时，电气设备的对地绝缘（主绝缘）只受到相电压的作用。例如，在额定电压U_N≤220千伏的系统中，送端对地电压最大可等于额定相电压的1.15倍，该电压被称为最大工作相电压，用U_mφ表示，作用在电气设备主绝缘上的电压不会超过U_mφ。对于发电机、变压器等设备的匝间绝缘（纵绝缘）来说，正常运行时作用在它们上面的电位差只有几十伏、几百伏或超过1千伏。这些电压或电位差，对于绝缘正常的设备不会有什么危害。在电力系统运行中，由于某种原因（如设备或其附近遭到雷击，系统中发生故障、谐振或操作等）使设备的主绝缘、纵绝缘上的电压与电位差可能大大超过上述数值，虽然它们持续的时间都比较短，但若无适当的防护措施，当它们超过设备绝缘的耐受电压时，就可能严重影响绝缘的寿命，甚至造成击穿或闪络，导致破坏整个系统的正常运行。

电力系统过电压分为大气过电压和内部过电压两种。

由于大气中发生雷击现象而引起的过电压。电力系统中的输电线路长且分布广，因而在雷雨季节常遭雷击。雷击在线路导线、地线或杆塔上，可能在导线上出现波头相当陡而持续时间为数十至数百微秒、幅值超过线路绝缘强度很多倍的过电压，即雷击过电压，可能造成线路短路故障。线路遭雷击后，导线上的过电压还将以流动波的形式由被击点向线路两侧传播，致使与线路相连的变压器、发电机等电气设备也遭到雷电过电压波的作用。直流线路上不同地点发生故障时过电压数值也不相同（见图）。由于变压器、发电机的绝缘要比线路的低，沿线路传来的流动波就很可能击穿这些设备的绝缘。同时在波形很陡、电压变化率（du/dt）很高的过电压侵袭下，变压器、发电机绕组上各点的电位差也将大大超过正常运行时的数值而导致纵绝缘的损坏。

直流线路不同地点发生接地故障时过电压沿线分布示意图

仅与系统内部电磁能量交换有关的过电压。电力系统中的设备经常进行各种操作，如断路器的合闸、分闸；电力系统也会发生故障，如短路、接地、断线等。在这些情况下，电力系统内部往往会引发电磁振荡而产生过电压。内部过电压的产生和发展只与系统本身的参数、运行方式、设备的特性有关，其大小和系统电压等级成一定的比例。一般内部过电压用对额定工作相电压的倍数来表示，如2.5U_φ、3U_φ等。系统额定电压越高，内部过电压的绝对值就越大，对设备绝缘的危害也就越大。内部过电压按产生原因不同可分为5类：①工频过电压，是由于系统运行中工频电压升高引起的，如发电机突然甩掉大量负荷引起发电机端电压升高，向空载长距离输电线路充电引起的电压升高。②操作过电压，是由于系统进行操作引起的。③弧光接地过电压，在中性点不接地系统中，电压较高、距离较长的输电线路发生单相接地时，接地点的电弧呈现多次交替熄灭又重燃的过程，这时故障相和非故障相产生很高的过电压。④谐振过电压，由电力系统中电容元件与电感元件发生电磁谐振所产生的过电压。⑤电机自励磁过电压。

①大气过电压作用在电气设备绝缘上的时间非常短，常用1.2/50微秒的冲击波和截波来模拟。内部过电压作用的时间相对较长，持续时间可达0.02～0.1秒。②中性点直接接地系统的内部过电压幅值可达2～3倍的相电压（随系统额定电压值的高低而定）。中性点不接地或经消弧线圈接地系统的内部过电压幅值可达3～3.5倍的相电压。③电气设备的绝缘强度随电压等级的升高而提高，而内部过电压的绝对值也随电压等级的升高而升高。因此，电压等级220千伏及以下电力系统的绝缘水平主要由大气过电压决定，电压等级超过220千伏电力系统的绝缘强度主要由内部过电压决定。

对于大气过电压的防护措施有：①输电线路主要采用接地的避雷线和接地装置。②发电厂、变电站采用金属氧化物避雷器（metal oxide arrester; MOA）作为最主要的防雷装置；装设避雷针保护厂、站（所）内的全部配电装置及厂房建筑；在厂、站（所）出线的进线段装设避雷线。对于内部过电压的防护措施有：①装设过电压保护装置、高压并联电抗器、低压电抗器来防护工频过电压。②装设MOA和性能良好的断路器（必要时加装断路器合闸电阻）限制操作过电压。③采用中性点经消弧线圈或电阻接地的方式来降低弧光接地过电压。④采用消谐装置或避免出现高幅值谐振过电压的运行方式来防护谐振过电压。