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當單級SPD不能將入侵的沖擊過電壓抑制到規定保護電平以下時，就要采用含有二級、三級或更多級非線性抑制元件的SPD。
非線性元件Rv2和Rv2都是壓敏電阻，實用中RV1也可以使氣體放電管，RV2也可以是穩壓管或浪涌抑制二極管（TVS管）。兩極之間的隔離元件Zs可以是電感Ls或電阻Rs，若RV1和RV2的導通電壓分別是Un1和Un2，所選用的元件總是Un2>Un1。繼電保護測試儀是總結目前國內同類產品優缺點，充分使用現代*的微電子技術和器件實現的一種新型小型化微機繼電保護測試儀。相位伏安表是具有多種電量測量功能的儀表。
有人認為，當入侵沖擊波加在X-E端子上時，總是*級RV1先導銅，然后才是第二級。實際上，*級或第二級先導通都是可能的，這取決于以下因素：
(1)入侵沖擊波的波形，主要是電流波前的聲速（di/dt）；
(2)非線性元件Rv1和RV2的導通電壓Un1和Un2的相對大小；
(3)隔離阻抗Zs的性質是電阻還是電感，以及它們的大小。
當Zs為電阻Rs時，多數情況是第二級先導通。第二級導通后，當沖擊電流I上升到iRs＋Un2≥Un1是*級才導通。*級導通后，由于在大電流下*級的等效阻抗比Rs加第二級的等效阻抗之和小得多。因而大部分沖擊電流經*級泄放，而經第二級泄放的電流則要小得多。若*級為氣體放電管，它導通后的殘壓通常低于第二級的導通電壓Un2，于是第二級截止，剩余沖擊電流全部經*級氣體放電管泄放。
若Zs為電感Ls，且侵入電流一開始的上升速度相當快，條件Ls(di/dt)＋Un2>Un1得到滿足,則*級先導通。若*級導通時的限制電壓為Uc1(1),則以后隨著入侵沖擊電流升速(di/dt)的下降，當條件UC1(1)≥Ls(di/dt)＋Un2得到滿足時，第二級才導通。第二級導通后，將輸出端Y的電壓，抑制在一個較低的電平上。
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