第一次聽到VLF測試，內心滿滿疑惑，想說這是什麼神奇的技術。為什麼可以用來測試絕緣性能？讓我們來看看這是什麼東西吧！
VLF（Very Low Frequency，極低頻）測試是一種常用於電力電纜和發電機、變壓器絕緣系統的高壓絕緣測試方法。它的主要用途是評估絕緣材料是否健全，以避免未來發生絕緣擊穿或故障。VLF 指的是0.1 Hz 到 1 Hz的交流電頻率，遠低於標準電力系統的頻率（50/60 Hz）。常見的 VLF 測試頻率有 0.1 Hz、0.05 Hz、0.01 Hz 等。
VLF 測試的應用場景：
- 中壓電力電纜測試（最常見）
- 變壓器、發電機的繞組絕緣測試
- 預防性維護與汰換評估
- 新設備的絕緣驗收試驗
VLF 測試的常見方式：
- VLF withstand test（耐壓測試）
- 檢查電纜是否能承受某一高壓值一段時間
- 常用於新裝電纜驗收
- VLF + Tan Delta（介質損耗角）測試
- 評估絕緣劣化程度，結果可量化並趨勢分析
- VLF + Partial Discharge（局部放電）測試
- 找出絕緣內部或端部缺陷，提早發現潛在故障點
優點：
- 設備小、攜帶方便
- 測試能量低，對電纜損害小
- 可搭配 Tan Delta 或 PD 技術分析絕緣健康狀態
缺點：
- 與工頻特性不完全相同（但在中壓電纜測試中仍被標準所接受）
- 對非常短的電纜段測試效果有限（因電容性不足）
傳統的 50/60 Hz 測試（像是耐壓試驗）在長距離電纜或大設備上，所需的電容性電流非常高，測試設備又大又重，難以攜帶。而使用 VLF 測試時，由於頻率很低，電容電流會大幅下降，測試設備可以設計得更輕便，現場使用更方便。
使用工頻做高壓耐壓測試，對於電纜來說會產生非常大的容性電流（Ic=2πfCV) 頻率高 → 電流大 → 測試設備需求也大、成本高。
接著深入探討，為什麼VLF測試可以用來測試絕緣？我們先要從電纜的等效電路與絕緣行為開始理解。
一、絕緣怎麼看？
電纜或設備的絕緣層本質上是一個電容器——你可以把它看成是「導體–絕緣層–地」之間的結構：
- 導體 = 一邊的電極
- 絕緣層 = 電介質
- 地或外部護套 = 另一邊的電極
所以絕緣的表現，就像一個電容性元件，而它的好壞可以透過電壓施加時的電流反應來看。
二、為何不用工頻（50/60Hz）？
使用工頻做高壓耐壓測試，對於電纜來說會產生非常大的容性電流，因為 Ic=2πfCV。
頻率高 → 電流大 → 測試設備需求也大、成本高。
三、那為什麼用「極低頻」？
這是關鍵：
- 如果把頻率降到 0.1 Hz（極低頻），電容電流 Ic 就會大幅減少，
- 這樣可以用小型裝置就施加高壓在絕緣上而不會讓整體電流太大。
簡單來說：極低頻可以模擬高壓工頻電壓的壓力，但用較低能量達成。
四、VLF 測試是否能代表絕緣在工頻下的表現？
是的，根據研究與標準（如 IEEE 400.2）：
- VLF 測試雖然頻率不同，但施加在絕緣層上的「電場強度」與在工頻時相似；
- 絕緣層在高電場下會出現劣化現象（如局部放電、損耗升高等），這些在 VLF 下也能被誘發觀察。
- VLF 試驗也可結合 介質損耗（tan δ） 或 局部放電（PD） 等技術做進一步診斷。
簡單比喻：
- 工頻測試就像用洪水壓力測試堤防：很真實，但會耗費很多水（電流大）。
- 極低頻測試就像用慢慢加壓的方式測堤防：雖然不是洪水，但壓力一樣，可以看出堤防會不會漏水或崩潰。
結論：
極低頻測試之所以能測絕緣，是因為它：
- 仍然對絕緣施加高壓
- 產生的電場可以誘發劣化行為
- 設備小、測試安全，不容易造成二次傷害。
這裡帶出另一個觀念，什麼是介質損耗（tan δ）？當你聽到 介質損耗（tan δ） 或 tan delta（損耗角正切），它其實是在評估絕緣材料的「電氣健康狀態」。我們可以從基本概念講起，再說到它的應用與判斷方式。
🔧 一、什麼是介質損耗（tan δ）？
電力設備的絕緣材料（像 XLPE 電纜絕緣、變壓器油紙絕緣）在通電後不只是理想的電容，它也會有微小的能量損失，這些損失會轉化為熱能或漏電流。
這種現象叫做「介質損耗」，而 tan δ（損耗角正切） 就是衡量這個損耗的指標。
📐 二、tan δ 是怎麼來的？
想像絕緣材料是一個「非理想電容」，它除了理想電容電流（純容性）外，還會有一點電阻電流（漏電）：
- 容性電流：跟著電壓變化移動，不耗能
- 電阻電流：會產生熱能，代表損耗
這兩個電流在向量圖上會有個夾角 δ：
- tan δ = 電阻電流 / 容性電流
→ 所以 tan δ 越大，表示損耗越嚴重、絕緣狀況越差。
🔍 三、為什麼要測 tan δ？
✅ 用於檢查絕緣健康狀態
- 絕緣老化 → 結構變化 → 漏電流增加 → tan δ 增加
- 如果 tan δ 過高或變化快速，表示絕緣可能已經劣化
✅ 預測維修或更換時機
- 搭配趨勢分析，可用來評估是否該更換電纜或設備
✅ 優點
- 非破壞性測試
- 可用於中高壓電纜、變壓器等設備
- 可搭配 VLF 測試進行（VLF + tan δ）
📊 四、怎麼看測試結果？
- tan δ 小 → 絕緣像「純電容」→ 健康
- tan δ 大 → 絕緣像「漏電」→ 劣化
以 IEEE 400.2 標準為例（適用於 VLF + tan δ 測試）：
此外也常看：
- Δtan δ（不同電壓下的變化量）：變化越大 → 越不穩定 → 絕緣劣化可能性越高
📌 tan δ 與 局部放電（PD）測試常被一起用：
- tan δ 是整體健康的「指標性體檢」
- PD 是找局部缺陷的「精密定位檢查」
再回頭說說絕緣性能，電纜等電力設備，只要說到絕緣，就要去想像它是一個電容器，如上面所述，把它看成是「導體–絕緣層–地」之間的結構。在電氣上我們常把絕緣系統等效成一個「RC 並聯回路」，其中：
- 電容元件 C：代表絕緣的儲能能力（良好的絕緣行為）
- 電阻元件 R：代表絕緣的漏電特性（不良的損耗行為）
欲判斷電容器好不好，不是單看容值大小，而是要看它的損耗特性，
- 我們不是只看電容量（C），而是看 介電質的損耗特性（例如 tan δ）
- 因為老化的電容器，tan δ 通常會上升，表示漏電增加、能量損耗上升
所以真正反映電容好壞的，不只是它「能不能儲電」，而是它「儲電時會不會漏電」。
而介電質的部分，介電質老化 = 絕緣老化，是等價觀念
- 電纜的 XLPE 隨時間吸濕、熱老化、電樞應力集中 → 絕緣性能變差
- 在等效模型中就會看到 tan δ 上升，PD 發生，漏電流變大 → 就代表這個「電容器」劣化了
電纜/電氣設備 → 想像成「電容器」 → 介電質 = 絕緣層
絕緣劣化 = 介電質老化 → 容性變差 + 漏電變大 → 損耗（tan δ）上升 → 絕緣性能下降
說完關於介質損耗tan δ的觀念後，我們回頭看看VLF與tan δ 之間的關係為何？
✅ VLF 測試中評估絕緣性能的指標
實際上在進行 VLF 測試時，會根據不同的測試模式採用不同的評估指標，VLF（Very Low Frequency）測試是一種施加極低頻電壓（0.1 Hz、0.01 Hz）來檢測絕緣性能的手段。
VLF 本身 是一種測試頻率形式，不是單一的檢測指標。以下是幾個最常見的指標：
1. 漏電電流（漏洩電流）
- 是最直接的觀察指標之一。
- 絕緣若劣化，會有更大的漏電電流。
- 但：電流本身數值會受電纜長度、結構、潮濕程度影響，不適合作為單一判斷依據。
2. tan δ（介質損耗因數）
- 若使用 VLF-tan δ 測試設備，這是最具代表性的絕緣劣化指標。
- 測量不同電壓下的 tan δ 值與趨勢，分析絕緣老化程度。
- 常用指標：
- tan δ 的大小：越大 → 絕緣越差
- 增長率 Δtan δ：隨電壓上升，tan δ 是否快速上升
3. 擊穿電壓（Breakdown Voltage）
- 在進行**耐壓測試（Withstand test）**時，如果絕緣劣化嚴重可能直接擊穿。
- 測試是否能承受一段時間
- 判斷方式簡單粗暴：擊穿 = 不合格。
4. 部分放電（Partial Discharge, PD）
- 某些進階 VLF 測試儀會搭配 PD 偵測（不是所有機型都有）。
- 可以在不擊穿絕緣的情況下，偵測出局部絕緣缺陷（如空隙、裂縫）。
- 判斷：PD 起始電壓、大小、位置等。
所以 VLF 是手段、tan δ 是指標。「我們用極低頻電壓（VLF）施加到設備上，來測量其絕緣系統的 tan δ 數值，以判斷它是不是老化了。」也就是說：VLF 是怎麼測，tan δ 是測什麼。
- VLF ≈ 工具、方式、測試電壓頻率的選擇
- tan δ ≈ 用這工具可以量到的數據、真正反映絕緣健康的「指標」
總結來說：
🔧 VLF 是測試方法，
📈 tan δ 是評估指標之一。
