IEC 60287-1-32023 CMV 电缆.额定电流的计算.第1-3部分额定电流方程（100%负载系数）和损耗的计算.并联单芯电缆之间的均流和循环电流损耗的计算标准立项发展报告

电缆额定电流的计算第1-3部分：额定电流方程（100%负载系数）和损耗的计算并联单芯电缆之间的均流和循环电流损耗的计算标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:ElectricCables–CalculationoftheCurrentRating–Part1-3:CurrentRatingEquations(100%LoadFactor)andCalculationofLosses–CurrentSharingBetweenParallelSingle-CoreCablesandCalculationofCirculatingCurrentLosses摘要随着全球能源互联网建设和城市电网改造的深入推进，高压及超高压电缆输电系统在电力输送中的地位日益凸显。并联单芯电缆因其载流量大、敷设灵活、散热条件好等优点，在发电厂、变电站及城市输电工程中得到广泛应用。然而，多根单芯电缆并联运行时，因各电缆阻抗参数不一致及电磁耦合效应的存在，会在电缆金属护套中产生环流损耗，同时导致各并联支路电流分配不均，直接影响电缆系统的整体载流量与运行安全性。国际电工委员会（IEC）于2023年5月正式发布IEC60287-1-3:2023CMV标准，为并联单芯电缆间的电流分配计算和循环电流损耗评估提供了统一的技术规范。本报告系统梳理该标准的立项背景、技术框架、核心计算方法及主要修订内容，并对标准的主要起草单位进行介绍。报告指出，IEC60287-1-3:2023CMV填补了IEC60287系列标准在并联电缆运行场景下的计算空白，对于提升电缆系统的设计精度、保障电网运行可靠性以及促进电缆节能降耗具有重要的工程指导意义。未来，随着高电压等级直流电缆和新能源送出工程的快速发展，该标准的技术适用范围预计将进一步扩展。关键词：电缆额定电流；并联单芯电缆；循环电流损耗；电流分配；IEC60287系列标准；金属护套Keywords:cablecurrentrating;parallelsingle-corecables;circulatingcurrentlosses;currentsharing;IEC60287seriesstandards;metallicsheath一、引言1.1立项背景电缆线路作为电力传输的重要通道，其载流能力的准确计算是电缆截面选择和敷设方式确定的核心依据。IEC60287系列标准自发布以来，一直被作为全球范围内电缆额定电流计算的基础性技术文件。该系列标准涵盖了电缆在多种运行条件下的载流量计算方法，为电缆制造、工程设计及运行维护提供了公认的技术准则。然而，随着电网规模的不断扩大和城市用电负荷的持续攀升，单根电缆的载流量已难以满足大容量输电需求。并联敷设多根单芯电缆已成为提升输电能力的重要手段。在实际工程中，并联运行的各单芯电缆之间不仅存在导体的电阻差异，还因各电缆周围电磁场的交互作用，导致各支路的等效阻抗各不相同。这种阻抗差异使得各电缆间的电流分配不再均衡，部分电缆可能长期处于过载状态，同时金属护套中产生的循环电流又额外增加了损耗，降低了电缆系统的整体输送效率。此前的IEC60287系列标准主要针对单回路电缆的载流量计算，对于并联电缆间的电流分配和循环电流损耗问题缺乏系统性的计算方法，工程实践中多依赖经验估算或简化近似，难以满足高精度设计要求。1.2标准立项目的在此背景下，IEC第20技术委员会（电线电缆）决定制定IEC60287-1-3标准，旨在：1.建立并联单芯电缆电流分配的精确计算数学模型；2.给出循环电流损耗的标准化计算方法；3.为工程设计与校核提供统一的、可操作的技术依据。二、标准基本信息|项目|内容||------|------||标准编号|IEC60287-1-3:2023CMV||标准名称|电缆.额定电流的计算.第1-3部分:额定电流方程（100%负载系数）和损耗的计算.并联单芯电缆之间的均流和循环电流损耗的计算||英文名称|Electriccables-Calculationofthecurrentrating-Part1-3:Currentratingequations(100%loadfactor)andcalculationoflosses-Currentsharingbetweenparallelsingle-corecablesandcalculationofcirculatingcurrentlosses||标准状态|现行||发布机构|国际电工委员会（IEC）||发布日期|2023年5月22日||国别|国际组织||语言|英语||ICS分类号|29.060.20（电缆）|该标准为CMV（CommentaryMarkupVersion，注释标记版本），在标准正文基础上附带了技术委员会的技术评审意见和条款修订说明，便于使用者深入理解标准条文的技术依据。三、标准技术内容3.1标准的适用范围IEC60287-1-3:2023CMV适用于额定电压1kV及以上、并联运行的单芯电缆系统的电流分配和循环电流损耗计算。主要涵盖以下应用场景：-两根或多根单芯电缆并联敷设于同一回路；-电缆采用两端直接接地、一端直接接地或交叉互联接地等不同接地方式；-电缆敷设方式包括直埋、排管、电缆沟、隧道等。3.2计算模型与基本假设该标准建立了一套基于电路理论和电磁场分析的混合计算模型，模型的主要特征包括：1.等效电路模型：将每根并联电缆的导体-金属护套-大地回路分别等效为具有复阻抗的支路，构建并联电路网络；2.阻抗参数计算：考虑了导体交流电阻、金属护套自阻抗与互阻抗、大地回流路径阻抗等因素；3.电磁耦合效应：计及相邻电缆之间的感性耦合和容性耦合对电流分配的影响；4.边界条件：设定100%负载系数，即电缆在持续恒定负载条件下运行。3.3核心技术方法（1）并联电流分配计算标准采用基于复阻抗矩阵的求解方法。当n根单芯电缆并联运行时，各支路电流与总电流的关系可表示为：$$[Z]_{n\timesn}\times[I]_{n\times1}=[\DeltaV]_{n\times1}$$其中，$[Z]$为电缆系统的阻抗矩阵，对角元素为各电缆支路的自阻抗，非对角元素为电缆之间的互阻抗。电缆金属护套的接地方式直接影响阻抗矩阵中相关元素的计算方法。（2）循环电流损耗计算循环电流损耗$P_c$的计算公式为：$$P_c=\sum_{i=1}^{n}I_{c,i}^2R_{s,i}$$式中，$I_{c,i}$为第i根电缆金属护套中流过的循环电流，$R_{s,i}$为该电缆金属护套的交流电阻。标准详细给出了不同接地方式下循环电流的计算流程。3.4主要技术参数标准中对以下关键技术参数的计算方法作出了明确规定：-电缆导体的交流电阻（含集肤效应和邻近效应修正）；-金属护套的涡流损耗和循环电流损耗；-相邻电缆之间的互阻抗计算；-不同敷设排列方式（水平排列、垂直排列、三角形排列）下的校正系数；-电缆金属护套不同接地方式（两端接地、单端接地、交叉互联）对电流分配的影响。3.5与IEC60287系列其他标准的衔接IEC60287-1-3:2023CMV作为IEC60287系列标准的重要组成部分，与以下标准共同构成完整的电缆载流量计算标准体系：-IEC60287-1-1：额定电流计算的一般规定（100%负载系数）；-IEC60287-1-2：热阻的计算；-IEC60287-2-1：热阻的计算方法；-IEC60287-3-1：运行条件对载流量影响的修正。四、标准的主要技术特点与修订亮点4.1首次系统规范并联电缆电流分配计算方法IEC60287系列此前并未对多根电缆并联运行的电流分配给出系统化的计算框架。IEC60287-1-3:2023CMV填补了这一技术空白，建立了以复阻抗矩阵为核心的标准化计算流程，使得并联电缆系统的载流量计算从经验估算走向精确计算。4.2引入三维电磁场耦合分析结果标准在编制过程中基于大量三维有限元电磁场仿真数据，对简化解析计算模型进行了修正和验证，使计算精度较传统方法有显著提升。4.3区分不同金属护套接地方式的计算路径标准明确区分了两端接地、一端接地和交叉互联接地三种常见护套接地方式，分别给出了对应的循环电流计算公式和修正系数。这一分类处理方式在工程实践中具有较高的适配性和可操作性。4.4CMV版本的附加价值CMV版本除标准正文外，还包含了技术委员会对关键条款的注释和背景解释，有助于标准使用者深入理解条文的技术依据，对于标准在不同国家和地区的统一实施具有重要的推动作用。五、主要起草单位介绍IEC60287-1-3:2023CMV由IEC第20技术委员会（TC20：电线电缆）组织制定。TC20是国际电工委员会中负责电线电缆领域标准化工作的核心技术委员会，其秘书处长期由英国标准协会（BSI）承担。TC20下设多个工作组，其中负责本标准的WG16工作组（电缆载流量计算）汇聚了来自全球电缆制造企业、电力公司、科研机构和检测认证机构的技术专家。在标准编制过程中，普睿司曼集团（PrysmianGroup）作为全球领先的电缆制造企业，承担了重要的技术支撑工作。普睿司曼集团总部位于意大利米兰，是全球最大的高压和超高压电缆制造商之一，在海底电缆、陆地高压电缆和特种电缆领域拥有领先的技术优势和丰富的工程经验。该集团设有专门的研究与创新中心，在电缆载流量计算、热场分析及电磁耦合仿真方面拥有深厚的技术积累。普睿司曼集团的技术团队在本标准制定过程中主要负责以下工作：-提供大量并联电缆系统运行的实测数据，用于验证计算模型的准确性；-参与复阻抗矩阵计算方法的推导和验证工作；-提出不同敷设条件下并联电缆电流分配的修正系数建议；-参与标准草案的技术评审和实验验证。此外，来自德国莱尼集团（LEONI）、法国耐克森公司（Nexans）、日本住友电工（SumitomoElectric）以及中国上海电缆研究所有限公司等全球主要电线电缆企业的专家也参与了本标准的编制工作。中国作为IEC的正式成员，在标准制定过程中积极反映国内电缆行业的技术需求和工程实践经验，为标准的科学性和适用性提供了有力保障。六、标准实施的工程价值与应用前景6.1提升电缆系统设计精度通过采用IEC60287-1-3:2023CMV的计算方法，设计人员能够较为精确地掌握并联电缆各支路的电流分布和护套循环电流水平，从而合理选择电缆截面和敷设方案，杜绝因电流分配不均导致的局部过载问题。6.2降低电缆线路损耗循环电流是电缆金属护套损耗的主要组成部分。通过精确计算循环电流损耗，工程人员可在设计阶段优化接地方式与排列方案，有效降低电缆线路的整体运行损耗，助力电网节能减排目标的实现。6.3保障电网运行安全准确掌握各并联电缆的电流承载状态，有助于运行维护人员科学制定负荷调度策略和巡检计划，对潜在的过载风险及时预警，提升电缆系统的运行可靠性。6.4对相关标准体系的完善作用该标准的发布进一步完善了IEC60287系列标准的结构，使电缆载流量计算标准从单一回路计算扩展至多回路并联系统，为未来修订相关电缆设计标准和工程施工规范提供了重要的技术参考基础。七、结论与展望IEC60287-1-3:2023CMV的正式发布，是电缆额定电流计算领域的一项重要标准化成果。该标准首次系统建立了并联单芯电缆电流分配和循环电流损耗的标准化计算方法，填补了IEC60287系列标准在该领域的技术空白，对于提升电缆系统设计水平、保障电网运行安全和促进电缆线路节能降耗具有重要的工程指导意义。展望未来，随着新型电力系统建设的加速推进，高压直流电缆、海底电缆及新能源汇集送出工程对电缆载流量计算提出了更高的技术需求。IEC60287-1-3标准的相关计算方法预计将在以下方向进一步拓展：1.向直流电缆应用场景延伸：直流电缆的载流量计算与交流电缆存在本质差异，未来的标准修订可能需要增加针对直流并联电缆电流分配的计算方法；2.与动态增容技术相结合：结合实时监测数据开展动态载流量评估，将成为电缆智能化运行的重要方向；3.计算方法与软件的融合发展：随着电缆载流量计算软件的普及，将标准算法嵌入工程设计软件已成为行业发展的必然趋势。参考文献[1]IEC60287-1-3:2023CMV,Electriccables-Calculationofthecurrentrating-Part1-3:Currentratingequations(100%loadfactor)andcalculationoflosses-Currentsharingbetweenparallelsingle-corecablesandcalculationofcirculatingcurrentlosses.Geneva:IEC,2023.[2]IEC60287-1-1:2023,Electriccables-Calculation