IEC 60287-1-22023 电缆.额定电流的计算.第1-2部分额定电流方程（100%负载系数）和损耗的计算.扁平结构中两个电路的护套涡流损耗系数标准立项发展报告

电缆额定电流的计算第1-2部分：额定电流方程（100%负载系数）和损耗的计算扁平结构中两个电路的护套涡流损耗系数标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:ElectricCables–CalculationoftheCurrentRating–Part1-2:CurrentRatingEquations(100%LoadFactor)andCalculationsofLosses–SheathEddyCurrentLossFactorsforTwoCircuitsinFlatFormation摘要随着全球能源基础设施的持续升级与高压电缆输电技术的迅猛发展，电缆载流量的精确计算已成为保障电力系统安全经济运行的关键技术环节。IEC60287-1-2:2023《电缆额定电流的计算第1-2部分：额定电流方程（100%负载系数）和损耗的计算扁平结构中两个电路的护套涡流损耗系数》由国际电工委员会（IEC）发布，是IEC60287系列标准家族中专门针对电缆护套涡流损耗计算的重要组成文件。该标准系统规定了在100%负载系数条件下，扁平排列双回路电缆线路中护套涡流损耗系数的计算模型、数学表达式与工程应用方法，填补了多回路扁平敷设场景下损耗计算标准化的关键技术空白。本报告对该标准的立项背景、技术内容、核心创新点及工程应用价值进行了系统梳理与深入分析，并介绍了参与修订工作的主要技术单位。报告指出，该标准的发布对提升电缆线路设计精度、优化电缆敷设方案、促进新能源电力输送具有重要的指导意义，对推动我国电缆标准化体系建设及国际标准对接具有深远的战略价值。关键词：电缆额定电流；护套涡流损耗；扁平排列；IEC60287；载流量计算；标准体系Keywords：CableCurrentRating;SheathEddyCurrentLoss;FlatFormation;IEC60287;AmpacityCalculation;StandardizationSystem1引言1.1研究背景电缆线路作为电力传输的重要载体，在城市建设、工业配电、新能源并网及跨区域输电等场景中发挥着不可替代的作用。随着我国"碳达峰、碳中和"战略目标的深入推进，以高压直流输电、海上风电送出、城市电网扩容为代表的重大工程对电缆载流量计算精度提出了更高的要求。在此背景下，电缆额定电流计算的标准化工作成为国际电工委员会（IEC）及相关国家标准机构关注的核心议题。IEC60287标准系列自1969年首次发布以来，经过多次修订与扩展，已形成了涵盖电缆稳态载流量计算、热阻计算、损耗计算等完整技术体系的国际标准家族。其中，护套涡流损耗系数作为影响电缆载流量计算结果的重要参数之一，其计算方法的精确性直接关系到电缆线路设计的经济性与安全性。1.2标准立项意义在实际电缆工程中，多回路电缆线路常采用扁平排列（flatformation）方式敷设，以节省地下空间并便于施工维护。然而，扁平结构中相邻回路之间的电磁耦合效应显著，护套中产生的涡流损耗较单回路情形更为复杂。此前，IEC60287系列标准虽已对单回路的涡流损耗计算给出了较为完善的指导，但对扁平结构中两个电路同时运行时的护套涡流损耗系数计算尚缺乏系统、统一的技术规范，导致工程实践中各设计单位在计算方法上存在差异，影响计算结果的一致性和可比性。IEC60287-1-2:2023的发布有效填补了这一技术空白。该标准在继承IEC60287-1-1基本原理的基础上，针对扁平排列双回路场景建立了精细化的数学模型，为工程设计人员提供了权威、统一的计算依据，对完善电缆载流量计算标准体系、促进国际间技术互认具有重要意义。2标准编制背景与过程2.1国际标准化需求分析随着全球电缆工业的快速发展，电缆敷设方式日趋多样化。在欧洲、北美及亚太地区的城市电网改造与新能源送出工程中，双回路扁平排列方式因其空间利用率高、散热性能良好等特点被广泛采用。与此同时，高压电缆系统中交联聚乙烯（XLPE）绝缘电缆的大量应用，使得护套涡流损耗在总损耗中所占比例显著提升，精确计算涡流损耗系数的需求日益迫切。针对上述工程需求，IEC第20技术委员会（IEC/TC20：电力电缆）下属的WG16工作组启动了IEC60287-1-2标准的修订工作。该工作组的专家来自全球主要电缆制造企业、电力公司、科研机构及高校，经过多轮技术讨论与验证工作，最终形成了2023版标准文件。2.2与既有标准的承接关系IEC60287-1-2:2023是IEC60287系列标准的重要组成部分。该系列标准框架如下：-IEC60287-1-1：额定电流方程（100%负载因数）与损耗计算——总则-IEC60287-1-2：额定电流方程（100%负载因数）与损耗计算——扁平结构中两电路护套涡流损耗系数（本部分）-IEC60287-2-1：热阻计算-IEC60287-3-1：运行条件章节相较于IEC60287-1-1中仅涉及单回路涡流损耗系数的计算方法，本部分标准将计算模型拓展至双回路扁平排列场景，在电磁场理论基础上引入了互阻抗和邻近效应的修正因子，使计算结果更贴近工程实际。该标准与IEC60287-1-1形成互补，共同构成完整的载流量计算技术链条。2.3主要修订内容2023版标准在技术内容上进行了多项重要更新：1.计算模型扩展：在原有单回路模型的基础上，建立了双回路扁平排列的电磁耦合分析模型，给出了两电路间护套涡流损耗相互影响的数学表达。2.损耗系数精细化：针对不同相序排列方式、不同回路间距条件下的护套涡流损耗系数λ₁″，给出了更为精确的计算公式和修正系数。3.适用范围明确化：对标准的适用范围进行了更为清晰的界定，包括导体类型（铜、铝）、护套材料（铅、铝、铜等）、电压等级及运行频率（50Hz/60Hz）等技术参数。4.数值验证补充：增加了典型工况下的计算示例与数值验证结果，便于工程技术人员对标准进行理解和应用。3标准核心技术内容解析3.1标准适用范围IEC60287-1-2:2023适用于交流电压下运行的电线电缆，其具体适用范围包括：-电缆类型：适用于带有金属护套的单芯电缆，电缆护套可由铅、铝、铜或其它金属材料制成；-布置方式：适用于扁平排列（即同一水平面上平行敷设）的两个单芯电缆回路，每个回路包含三根单芯电缆；-运行条件：适用于稳态运行条件下100%负载因数的连续运行工况；-频率范围：适用于工频（50Hz或60Hz）条件下的正常运行。该标准不适用于以下情形：非扁平布置（如三叶形排列）的双回路电缆、临时过载或短路工况下的损耗计算、考虑外部热源或强制冷却条件的损耗计算。3.2护套涡流损耗的基本计算模型3.2.1护套损耗的构成在交流电缆系统中，金属护套中的损耗主要由两部分构成：1.环流损耗：由护套两端接地形成的闭合回路中感应的环流所产生；2.涡流损耗：由电缆导体电流产生的交变磁场在护套中感应出的涡电流所产生。在IEC60287-1-1中，护套总损耗系数λ₁定义为护套损耗与导体总损耗之比，可表达为：\[\lambda_1=\lambda_1'+\lambda_1''\]其中，λ₁′为环流损耗系数，λ₁″为涡流损耗系数（本标准重点研究对象）。3.2.2双回路扁平排列的涡流损耗系数在双回路扁平排列的电缆系统中，护套涡流损耗系数λ₁″的计算需综合考虑以下因素：-自磁场效应：本回路电缆自身导体电流在护套中产生的涡流损耗；-互磁场效应：相邻回路电缆导体电流通过互阻抗对本回路护套产生的附加涡流损耗；-邻近效应：电缆导体与护套之间的几何位置关系对涡流分布的影响。标准给出了计入以上因素后的涡流损耗系数计算表达式，其基本形式为：\[\lambda_1''=\frac{R_s}{R}\cdot\frac{3}{4}\cdot\left(\frac{2r}{d}\right)^2\cdotF(r,d,s,\ldots)\]其中，\(R_s\)为护套单位长度电阻，\(R\)为导体单位长度电阻，\(r\)为护套平均半径，\(d\)为相邻电缆轴心间距，\(F\)为综合考虑几何参数与电磁参数的修正函数。3.3关键参数与工程应用要点3.3.1几何参数对损耗系数的影响标准中详细分析了回路间距、护套直径、导体间距等几何参数对涡流损耗系数的影响规律：-回路间距的影响：当两回路间距增大时，互磁场效应减弱，护套涡流损耗系数相应减小。当间距增大至一定值（通常为电缆外径的2～3倍）后，互磁场效应可忽略不计；-护套半径的影响：护套平均半径增大时，涡流损耗系数呈增大趋势；-相序排列的影响：不同相序排列（如ABC-A'B'C'、ABC-C'B'A'等）会对相邻回路间的电磁耦合产生不同影响，标准中给出了不同相序组合下的修正参数。3.3.2材料参数的影响导体电阻温度系数、护套材料的电阻率等参数对涡流损耗系数具有直接的影响。标准建议在计算中采用电缆运行温度下的相应参数值。4标准的主要创新点与技术特色4.1双回路耦合损耗机理的模型化表达该标准的核心创新在于首次在IEC标准体系中对扁平排列双回路的护套涡流损耗耦合效应进行了系统化的数学建模。基于电磁场理论，标准将两回路间的互阻抗计算引入涡流损耗系数的推导过程，使计算结果能够真实反映多回路敷设条件下的损耗分布规律。4.2工程实用性导向的计算简化在保证计算精度的前提下，标准对复杂的电磁场计算进行了合理的工程简化，通过引入查表系数和近似公式，使工程技术人员无需依赖专业电磁场仿真软件即可完成损耗系数的高精度计算，降低了标准的应用门槛。4.3与数字化设计工具的衔接标准中给出的计算模型和参数体系与当前广泛应用的电缆载流量计算软件（如CYMCAP、ETAP等）具有良好的兼容性，为数字化电缆设计流程的标准化提供了基础支撑。5标准实施与工程应用分析5.1在电缆工程设计中的应用路径在电缆工程设计中，IEC60287-1-2:2023可用于以下关键环节：1.电缆截面选择：通过精确计算护套涡流损耗系数，得到更贴近实际的电缆载流量值，避免因载流量计算偏差导致的电缆截面过大（造成浪费）或过小（造成安全隐患）；2.敷设方式优化：在设计阶段对不同回路间距、不同相序排列方案下的损耗水平进行对比分析，选择最优敷设方案；3.护套接地方式设计：护套涡流损耗系数的精确计算对确定护套单点接地、交叉互联等接地方式的选择具有参考价值。5.2典型应用场景该标准在以下典型工程场景中具有重要的应用价值：-城市电力隧道：多回电缆在隧道内以扁平排列方式敷设时，需精确计算各回路护套损耗以确保隧道内热环境满足安全运行要求；-风电场集电线路：海上风电场与陆上风电场集电线路中大量采用双回路电缆并联运行方式；-光伏电站送出工程：大型光伏电站的送出线路和集电线路中，多回路电缆的长距离并行敷设极为常见；-工业厂区供电系统：大型工业企业内部的供配电网络中，双回路扁平排列电缆的应用较为普遍。5.3应用注意事项工程应用中需注意以下要点：1.该标准的计算结果基于100%负载系数的稳态运行工况，对于周期性负载或间歇性负载需结合IEC60853进行修正；2.当电缆线路中同时存在多个回路（超过两回路）时，建议结合IEC60287-1-1中的通用计算方法进行综合评估；3.标准中涉及的计算参数（如护套电阻温度系数等）应结合工程实际情况选取，必要时应通过试验验证。6参与修订的企事业单位或标委会介绍6.1国际电工委员会第20技术委员会（IEC/TC20）IEC60287-1-2:2023的制定与发布由国际电工委员会第20技术委员会（IEC/TC20—ElectricCables，即电力电缆技术委员会）负责管理。IEC/TC20成立于1950年代，是IEC下设的最为重要的技术委员会之一，其工作范围涵盖电力电缆及其附件的术语定义、结构尺寸、试验方法、额定电流计算及安装导则等方面的国际标准化工作。委员会组织结构：IEC/TC20下设多个分技术委员会（SC）和工作组（WG），其中与本标准直接相关的是：-WG16工作组：负责电缆载流量计算标准的制定与维护，包括IEC60287系列标准的技术归口工作。WG16工作组的专家成员来自全球主要电缆制造企业、电力公司、独立检测认证机构及知名高校，具有覆盖电磁场理论、电缆热路分析、高电压工程等多学科的专业背景。主要职责与贡献：IEC/TC20及其所属WG16工作组在IEC60287-1-2:2023的编制过程中，主要开展了以下工作：-组织各国专家对双回路扁平排列电缆系统的护套涡流损耗机理进行系统研究；-收集整理全球范围内电缆工程实践中涡流损耗计算方法的经验数据；-组织多轮技术研讨与草案审查，确保标准技术内容的科学性、一致性和可操作性；-开展标准与其他IEC标准（如IEC60287-1-1、IEC60853等）的协调和衔接工作。标准维护体系：IEC/TC20建立了完善的维护体系，标准的稳定性和时效性通过以下机制予以保障：每项标准的系统评审周期不超过5至10年；在技术重大变化或标准使用者反馈意见的推动下，可启动对标准的及时修订。该机制确保了IEC60287-1-2:2023能够持续反映行业技术发展水平，满足全球电缆工程设计的实际需要。6.2中国相关技术单位的参与中国作为IEC的正式成员国家，通过全国电线电缆标准化技术委员会（SAC/TC213）积极组织国内专家参与IEC/TC20的国际标准制修订工作。中国专家在双回路电缆损耗计算的试验验证和工程数据积累方面为标准的制定提供了重要的技术支撑。上海电缆研究所有限公司作为SAC/TC213的秘书处单位，在IEC60287系列标准的技术对口工作中发挥了核心的组织协调作用。7标准实施展望与发展趋势7.1标准推广与宣贯IEC60287-1-2:2023作为国际电工委员会发布的最新标准文件，其推广应用需要依托各国标准化机构和行业组织的共同努力。建议相关标准化技术委员会组织标准宣贯培训活动，帮助电缆制造企业、电力设计院、工程咨询机构等标准使用主体准确掌握标准的技术内容和计算方法。7.2标准体系发展趋势随着电力系统不断发展，电缆载流量计算标准化工作面临新的挑战与机遇：-高压直流电缆：随着直流输电技术的规模化应用，直流电缆载流量计算标准的需求日益迫切；-动态增容技术：基于实时监测数据的动态增容技术对电缆热路模型和损耗计算提出了新的要求；-数字化协同设计：BIM技术与电缆数字化设计流程的融合要求标准提供更友好的数据接口和计算模型；-新能源场景适配：海上风电、分布式光伏等新能源场景对电缆运行工况和敷设方式提出了特殊要求，标准体系的适配性有待进一步增强。7.3我国标准对接建议建议我国在电缆载流量计算领域进一步加强与国际标准的对接：1.积极转化IEC60287-1-2:2023为我国国家标准或行业标准，提升国内标准与国际标准的一致性水平；2.结合我国电缆工程实际经验和地理气候条件，适时补充适合国情的技术附录；3.鼓励国内科研机构和高校加强对电缆涡流损耗计算理论的研究，为国际标准的持续优化贡献中国智慧。8结论IEC60287-1-2:2023《电缆额定电流的计算第1-2部分：额定电流方程（100%负载系数）和损耗的计算扁平结构中两个电路的护套涡流损耗系数》是国际电缆载流量计算标准体系中的一项重要基础技术标准。该标准的发布填补了多回路扁平排列电缆护套涡流损耗计算标准