雷电是自然界常见的长间隙强放电现象，具有高电压，大电流以及快电流变化率等特征。目前某些特殊装置由于各种限制，避雷线无法保护整个设备，因此需要加装电涌保护装置(SurgeProtectionDevice，可缩写为SPD)。考虑到该装置独特的负载特性，为了防止电涌保护装置的接入对该装置输出特性的影响，该电涌保护装置应具有小电容、低时延、耐高压和大电流以及能承受高库仑电荷转移量等特点。传统电涌保护装置由于自身局限性，难以同时满足这些需求，针对以上问题，本文研制了一种具有低电容和耐烧蚀性能的雷电保护间隙，该装置主要难点部分在整体结构和电极设计。
　　针对保护间隙需要耐受大电流和高库仑转移量的特点，首先，本文通过热力学相关理论，建立了电极烧蚀模型，研究多个电极材料参数对于电极烧蚀量的影响，根据仿真结果选择石墨作为保护间隙的电极材料，能够有效地减弱电极烧蚀；其次采用了一种优化算法，该算法利用模拟电荷法和粒子群优化算法设计电极形状，能够有效地使保护间隙电场分布均匀；然后设计了一种能够阻挡电极烧蚀物污染绝缘的整体结构；最后本文通过实验验证了保护装置能够耐受高达1000C的大电荷转移烧蚀。
　　保护间隙的电容会引起某些设备信号衰减，本文通过设计合适的电极尺寸和间距，使保护装置具有小电容，并利用电路仿真软件对保护间隙插入损耗进行计算，该保护装置对于正常信号衰减约为0.2dB.
　　保护间隙的导通电压与时延与间隙长度及工作气压息息相关，本文利用气体放电相关理论，推导了保护间隙静态工作电压公式，并探讨了时延影响因素，最后确定保护间隙的长度与气压，实验结果表明保护装置时延在快脉冲下为ns级；通过matlab编程，利用三参数威布尔对实验数据进行拟合，采用拟合后的公式对保护间隙冲击击穿电压技术要求进行验证；最后本文计算了装置残压：高压(15 kV)装置残压约为1kV，低压(3 kV)装置残压低于0.9kV。
　　本文最后研制出了一种电容为pF，导通时延为ns级，能耐受1000C以上电荷转移量，能承受200kA峰值电流，残压低于1.1kV的直击雷保护装置。