当单级SPD不能将入侵的冲击过电压抑制到规定保护电平以下时，就要采用含有二级、三级或更多级非线性抑制元件的SPD。

非线性元件Rv2和Rv2都是压敏电阻，实用中RV1也可以使气体放电管，RV2也可以是稳压管或浪涌抑制二极管（TVS管）。两极之间的隔离元件Zs可以是电感Ls或电阻Rs，若RV1和RV2的导通电压分别是Un1和Un2，所选用的元件总是Un2>Un1。继电保护测试仪是总结目前国内同类产品优缺点，充分使用现代先进的微电子技术和器件实现的一种新型小型化微机继电保护测试仪。相位伏安表是具有多种电量测量功能的仪表。

有人认为，当入侵冲击波加在X-E端子上时，总是一级RV1先导铜，然后才是第二级。实际上，一级或第二级先导通都是可能的，这取决于以下因素：

(1)入侵冲击波的波形，主要是电流波前的声速（di/dt）；

(2)非线性元件Rv1和RV2的导通电压Un1和Un2的相对大小；

(3)隔离阻抗Zs的性质是电阻还是电感，以及它们的大小。

当Zs为电阻Rs时，多数情况是第二级先导通。第二级导通后，当冲击电流I上升到iRs＋Un2≥Un1是一级才导通。一级导通后，由于在大电流下一级的等效阻抗比Rs加第二级的等效阻抗之和小得多。因而大部分冲击电流经一级泄放，而经第二级泄放的电流则要小得多。若一级为气体放电管，它导通后的残压通常低于第二级的导通电压Un2，于是第二级截止，剩余冲击电流全部经一级气体放电管泄放。

若Zs为电感Ls，且侵入电流一开始的上升速度相当快，条件Ls(di/dt)＋Un2>Un1得到满足,则一级先导通。若一级导通时的限制电压为Uc1(1),则以后随着入侵冲击电流升速(di/dt)的下降，当条件UC1(1)≥Ls(di/dt)＋Un2得到满足时，第二级才导通。第二级导通后，将输出端Y的电压，抑制在一个较低的电平上。