IEC 60287-1-12023 电缆.额定电流的计算.第1-1部分额定电流方程（100%负载系数）和损耗的计算.总则标准立项发展报告

电缆额定电流的计算第1-1部分：额定电流方程（100%负载系数）和损耗的计算总则标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Electriccables-Calculationofthecurrentrating-Part1-1:Currentratingequations(100%loadfactor)andcalculationoflosses-General摘要电缆额定电流的准确计算是电力电缆工程设计、运行维护及安全评估的核心技术环节，直接关系到电力系统的安全可靠性、经济运行水平及电缆资产的全寿命周期管理。IEC60287-1-1:2023《电缆额定电流的计算第1-1部分：额定电流方程（100%负载系数）和损耗的计算总则》由国际电工委员会（IEC）发布，是电缆载流量计算领域最为基础和重要的国际标准之一。本报告对该标准的立项背景、技术内容、修订历程及行业应用进行了系统梳理与分析。报告指出，该标准确立了电缆额定电流计算的基本方程体系，明确了导体交流电阻、介质损耗、金属套损耗及铠装损耗等关键参数的计算方法，为电缆稳态载流量评估提供了统一的技术框架。随着高压直流输电、新能源汽车充电设施、海上风电等新兴应用场景的快速发展，以及新型绝缘材料和电缆结构的不断涌现，该标准的持续修订与完善对于保障电缆系统设计的安全性与经济性具有重要意义。本报告还介绍了标准主要参与单位在技术研发和标准编制方面的工作，并对该标准未来发展趋势进行了展望。关键词：电缆；额定电流；载流量；损耗计算；IEC标准；稳态运行Keywords:Electriccables;Currentrating;Ampacity;Losscalculation;IECstandard;Steady-stateoperation1引言电缆作为电能传输的重要载体，广泛应用于电力系统输配电、工业用户供电、建筑电气及新能源并网等各个领域。随着我国电网规模的持续扩大和用电负荷的不断增长，对电缆载流能力的精确评估已成为工程设计中的关键环节。载流量（即额定电流）的确定不仅影响电缆导体截面的选择，还直接关系到电缆的运行温度、绝缘老化速率及使用寿命，进而影响整个电力系统的安全稳定运行。在国际范围内，电缆额定电流的计算长期以IEC60287系列标准为权威依据。该系列标准由国际电工委员会（IEC）第20技术委员会（TC20：电力电缆）归口管理，其计算方法基于热路等效模型，综合考虑了导体焦耳热、介质损耗、金属屏蔽层及铠装层损耗等多种热源，以及电缆内部热阻和外部环境散热条件等因素。其中，IEC60287-1-1作为该系列标准的开篇之作，系统规定了额定电流计算的通用方程和各类损耗的计算原则，为后续各部分标准（如IEC60287-2-1热阻计算、IEC60287-3-1安装条件修正等）提供了基础性的方法论支撑。我国自20世纪80年代起陆续等效采用IEC60287系列标准，形成了GB/T12826等国家标准体系，在电缆行业设计制造和工程应用中发挥了重要作用。随着技术进步和标准体系的不断更新，跟踪研究最新版国际标准的技术变化，对于促进我国电缆行业标准水平的提升、推动国产电缆产品参与国际竞争具有重要的现实意义。本报告以IEC60287-1-1:2023为研究对象，系统梳理其技术内容和发展脉络，以期为相关工程技术人员和标准化工作者提供参考。2标准概述2.1标准基本信息IEC60287-1-1:2023《电缆额定电流的计算第1-1部分：额定电流方程（100%负载系数）和损耗的计算总则》由国际电工委员会于2023年5月22日正式发布，为现行有效版本。该标准替代了此前发布的IEC60287-1-1:2006及其修订件，是IEC60287系列标准中具有基础性地位的核心文件。从适用范围来看，该标准适用于额定电压不超过500kV的交流电力电缆以及不滴流浸渍纸绝缘电缆和不滴流浸渍纸绝缘金属护套电缆，在100%负载系数（即长期连续运行）条件下的稳态额定电流计算。需要特别指出的是，该标准所涵盖的电缆类型极为广泛，包括：-各种型式的挤包绝缘电缆（如交联聚乙烯绝缘电缆、聚乙烯绝缘电缆、乙丙橡胶绝缘电缆等）；-各种型式的纸绝缘电缆（如粘性浸渍纸绝缘电缆、不滴流浸渍纸绝缘电缆等）；-带金属套或金属屏蔽层的电缆；-带铠装层或不带铠装层的电缆。在电缆结构方面，标准涵盖了单芯电缆和多芯电缆，并对不同敷设方式（空气中敷设、直埋敷设、管道内敷设等）下的计算条件进行了原则性规定。值得强调的是，该标准仅适用于正常运行条件下稳态额定电流的计算，即电缆在恒定负荷或接近恒定负荷条件下运行、热平衡已经建立的情况。对于周期性负荷、短时过负荷或紧急情况下的暂态载流量评估，应参照IEC60853系列标准执行。2.2标准的历史沿革IEC60287系列标准的制定历史可以追溯至20世纪60年代。1969年，IEC首次发布了IEC60287-1（第一版），题为“电缆载流量计算第一部分：100%负载系数下额定电流的计算”。此后，随着电缆技术的发展和计算方法的改进，该标准经历了多次修订和改版。1994年，IEC对60287系列标准进行了结构性调整，将原有的标准文本拆分为多个部分，形成了以60287-1-1（额定电流方程和损耗计算总则）、60287-1-2（剪切损耗计算）、60287-2-1（热阻计算）、60287-3-1（运行条件对照）等为代表的标准体系框架。2006年，IEC发布了60287-1-1的第二版，在计算方法上引入了若干重要更新，包括对导体交流电阻计算方法的修正、对金属套损耗因数计算式的优化等。2023年发布的IEC60287-1-1:2023是该标准的第三版。与2006版相比，本次修订在保持原有技术框架的基础上，主要在以下方面进行了技术更新和完善：（1）对标准文本的结构进行了优化调整，使条理更加清晰，便于用户理解和使用；（2）更新了部分材料和物理常数的数值，使之与国际公认的最新数据保持一致；（3）对导体交流电阻的计算公式进行了精细化处理，更好地反映了导体温度分布和集肤效应、邻近效应的实际影响；（4）修正了标准中发现的技术性错误和编辑性问题；（5）根据IEC导则要求，对规范性引用文件进行了全面更新。2.3标准的法律地位与引用情况作为国际电工委员会正式发布的标准文件，IEC60287-1-1:2023在国际电工领域具有广泛的影响力。该标准不仅是世界各国制定本国电缆载流量计算标准的重要参考依据，也是国际工程招投标和国际贸易中普遍引用的技术文件。在我国，该标准对应的国家标准为GB/T12826.1（等同采用IEC60287-1-1），在电力工程设计、电缆制造和检验检测等环节被广泛引用。此外，IEC60287-1-1还是多项关联标准的基础性引用文件。IEC60502（额定电压1kV至30kV挤包绝缘电力电缆及其附件）、IEC60840（额定电压大于30kV至150kV挤包绝缘电力电缆及其附件）、IEC62067（额定电压大于150kV至500kV挤包绝缘电力电缆及其附件）等电缆产品标准中涉及载流量计算的内容均以IEC60287-1-1为方法依据。3标准主要内容与技术要点3.1标准整体架构IEC60287-1-1:2023在结构编排上遵循了逻辑递进的原则，全文共分为若干章条和附录，主要内容涵盖以下几个方面：-范围（第1章）：明确标准的适用范围和边界条件；-规范性引用文件（第2章）：列出本标准技术内容所依赖的其他标准文件；-术语、定义和符号（第3章）：对本标准中使用的关键术语和数学符号进行统一定义；-额定电流计算的一般原理（第4章）：阐述基于热平衡方程的载流量计算基本思路；-导体交流电阻的计算（第5章）：规定导体在交流条件下有效电阻的计算方法；-介质损耗的计算（第6章）：规定绝缘层中介质损耗的计算方法；-金属套损耗的计算（第7章）：规定金属屏蔽层和金属护套中涡流损耗和环流损耗的计算方法；-铠装损耗的计算（第8章）：规定铠装层中损耗的计算方法；-附录：提供大量计算所需的系数、图表和实例。3.2额定电流计算的基本方程该标准确立了电缆额定电流计算的核心数学表达式。对于交流电缆，在100%负载系数条件下，导体温度达到允许最高长期工作温度时对应的载流量可由以下基本方程表达：I=[Δθ−Wd·(0.5·T₁+n·(T₂+T₃+T₄))]/[R·(T₁+n·(1+λ₁)·T₂+n·(1+λ₁+λ₂)·(T₃+T₄))]^0.5式中：-I——一根导体中通过的电流（A）；-Δθ——导体温度与环境温度之差（K）；-Wd——导体绝缘层的介质损耗（W/m）；-T₁——导体与金属套之间绝缘热阻（K·m/W）；-T₂——金属套与铠装之间内衬层热阻（K·m/W）；-T₃——电缆外护层热阻（K·m/W）；-T₄——电缆表面与周围介质之间外部热阻（K·m/W）；-n——电缆中载流导体数量；-R——最高工作温度下导体交流电阻（Ω/m）；-λ₁——金属套损耗与导体总损耗之比；-λ₂——铠装损耗与导体总损耗之比。该方程从热平衡原理出发，将电缆内部产生的热量（包括导体焦耳热、介质损耗、金属套损耗和铠装损耗）与电缆各层热阻及外部散热条件相联系，构建了完整的稳态热路模型。在实际应用中，当电缆结构参数、材料特性和敷设环境条件确定后，即可通过该方程求得允许的载流量。3.3导体交流电阻的计算导体交流电阻R是额定电流计算中最为关键的参数之一。与直流电阻不同，交流电阻受到集肤效应和邻近效应的显著影响，随导体截面积增大和工作频率升高而增大。该标准规定，导体在最高工作温度下的交流电阻可由下式计算：R=R′·(1+ys+yp)式中：-R′——最高工作温度下导体直流电阻（Ω/m）；-ys——集肤效应因数；-yp——邻近效应因数。其中，直流电阻R′依据导体材料的电阻率、导体截面积和工作温度进行计算。标准给出了铜、铝两种常用导体材料在不同温度下的电阻率修正方法。集肤效应因数ys和邻近效应因数yp则根据导体结构参数（如导体直径、单线直径、绞合方式等）通过标准规定的公式计算。值得关注的是，2023版标准对集肤效应因数的计算参数进行了精细化修正，尤其是对于大截面导体的适用性得到了改善。此外，标准还考虑到了空心导体和分割导体等特殊结构的处理方式，为高压大截面电缆的设计提供了更为准确的计算工具。3.4介质损耗的计算介质损耗主要存在于交流高压电缆的绝缘层中，其大小与电缆运行电压、绝缘材料的介电性能和几何尺寸密切相关。随着电压等级的提高，介质损耗在总损耗中所占的比例相应增大，对于220kV及以上电压等级的电缆，介质损耗已成为不可忽视的重要因素。标准规定，每相单位长度电缆的介质损耗Wd按下式计算：Wd=ω·C·U₀²·tanδ式中：-ω——角频率（2πf）；-C——单位长度电缆电容（F/m）；-U₀——导体与金属套之间的电压（V）；-tanδ——绝缘材料在运行温度和频率下的介质损耗因数。其中，单位长度电容C的计算取决于绝缘结构和绝缘材料的相对介电常数εr，标准附录中给出了常用绝缘材料（交联聚乙烯、乙丙橡胶、浸渍纸等）的典型εr和tanδ参考值。值得关注的是，对于高压直流电缆的绝缘设计，由于其运行状态下绝缘层中不存在交变电场，介质损耗的计算方法有所不同，这一情况在标准的适用范围中已予以明确界定。3.5金属套和铠装损耗的计算对于带金属屏蔽层、金属护套或铠装层的电缆，金属层中因电磁感应产生的损耗对载流量有显著影响。标准将这一部分损耗表达为与导体总损耗的比值λ₁（金属套损耗因数）和λ₂（铠装损耗因数），并给出了相应的计算公式。金属套损耗因数λ₁由环流损耗因数λ₁′和涡流损耗因数λ₁″两部分组成。当电缆两端金属套互联接地时，金属套中流过循环电流，产生环流损耗；同时，交变磁场在金属套中感应出涡流，产生涡流损耗。标准针对单芯电缆和多芯电缆分别给出了不同的计算模型。就环流损耗而言，其大小取决于金属套的接地方式、金属套自身电阻以及电缆敷设排列方式等因素。标准中详细规定了：-两端直接互联接地时的环流损耗计算方法；-一端接地或交叉互联接地时等效环流损耗的处理方式；-导体呈三角形排列和平面排列等不同排列方式下的修正系数。对于涡流损耗，标准提供了适用于不同金属套材料（铅套、铝套、铜丝屏蔽等）和不同电缆结构的计算公式。铠装损耗因数λ₂的计算同样区分了钢带铠装、钢丝铠装及非磁性铠装等不同类型。需要指出的是，精确计算金属套和铠装损耗不仅对载流量评估至关重要，还为电缆系统在发生单相接地故障时的护套过电压保护设计、接地方式选择等提供了必要的电气参数基础。3.6热阻的计算虽然热阻计算的详细方法由IEC60287-2-1专门规定，但IEC60287-1-1:2023在总体框架中明确了各层热阻在额定电流方程中的角色和定位。标准界定了T₁（绝缘热阻）、T₂（内衬层热阻）、T₃（外护层热阻）和T₄（外部热阻）的物理含义及适用条件，为热阻的数值计算提供了统一的前提和边界条件。其中，T₄（外部热阻）的确定与敷设环境密切相关，包括空气中敷设时的表面散热系数、直埋敷设时土壤的热阻系数、管道敷设时管道内外的热阻叠加等。这些内容在IEC60287-2-1和IEC60287-3-1中给出了更为详细的计算公式和修正方法。4主要参与单位介绍4.1国际电工委员会TC20技术委员会IEC60287-1-1:2023由国际电工委员会第20技术委员会（IECTC20：电力电缆）负责归口管理。TC20是IEC中负责电力电缆及其附件领域标准制定的专业技术委员会，其工作范围涵盖额定电压1kV及以上的挤包绝缘电缆、纸绝缘电缆、输电线路用电缆及其附件的术语定义、结构尺寸、试验方法和载流量计算等方面。TC20的秘书处设在意大利，由来自各成员国委派的专家代表组成。该技术委员会下设有多个工作组（WorkingGroup）和项目组（ProjectTeam），分别负责不同专业方向的标准制修订工作。其中，负责IEC60287系列标准维护和修订的工作组汇集了来自欧洲、亚洲、北美等地区在电缆热路计算和载流量评估领域的权威专家，成员包括电缆制造企业的技术专家、电力公司的设计工程师、大学和研究机构的学者以及检测认证机构的专业人士。TC20的工作机制遵循ISO/IEC导则的相关规定，标准制修订过程经过提案、起草、委员会阶段（CD）、询问阶段（DIS）、批准阶段（FDIS）等若干阶段，确保标准的技术内容经过充分讨论和广泛协商，具有广泛的适用性和权威性。4.2国内主要参与和采标单位在国际标准制定过程中，我国作为IEC的正式成员，通过全国电线电缆标准化技术委员会（SAC/TC213）组织国内专家参与TC20的各项工作，包括对IEC60287-1-1各阶段草案提出意见和投票