IEC 60287-1-32023 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摘要随着电力系统容量的持续增长和城市电网电缆化率的不断提高，并联单芯电缆在输配电工程中的应用日益广泛。并联运行中因导体结构差异、排列方式不同及敷设环境参数不一致等因素导致的均流分配不均和循环电流损耗问题，直接影响电缆系统的载流能力、运行经济性与长期可靠性。国际电工委员会于2023年5月22日正式发布IEC60287-1-3:2023《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》，为并联电缆系统的精确计算提供了统一的技术规范。本标准在IEC60287系列标准框架下，系统规定了并联单芯电缆间电流分配的计算模型、循环电流损耗的求解方法及相关边界条件，填补了原有标准在并联运行工况下计算方法的空白。本报告全面介绍该标准的立项背景、编制过程、主要技术内容、关键创新点及预期应用效益，为国内电缆行业标准的制修订及工程应用提供参考和借鉴。关键词：并联电缆；单芯电缆；额定电流；循环电流损耗；均流分配；IEC60287标准Keywords:parallelcables;single-corecables;currentrating;circulatingcurrentlosses;currentsharing;IEC60287standard1引言1.1标准立项背景随着全球能源转型的深入推进和电力需求的持续增长，城市电网的输电容量要求不断提高。在高压及超高压输电领域，受限于单根电缆的制造能力和敷设条件，采用多根单芯电缆并联运行已成为提升输电能力的常用技术方案。此外，在可再生能源并网、数据中心供电、大型工业项目等场景中，并联电缆的工程应用需求亦呈快速增长态势。然而，并联单芯电缆系统的运行特性远比单根电缆复杂。由于各并联支路的阻抗参数（包括导体电阻、自感、互感及护套或屏蔽层阻抗）存在差异，电流在各支路间的分配往往不均。部分支路可能因过载而过热，而其他支路则处于轻载状态，导致系统整体载流能力不能得到充分利用。同时，并联电缆的金属护套或屏蔽层中会产生循环电流，该循环电流不仅引起附加损耗、降低系统传输效率，还将导致额外的温升，进一步影响电缆的安全运行和使用寿命。在上述工程背景下，IEC技术委员会认识到有必要在IEC60287标准体系中增加专门针对并联单芯电缆均流和循环电流损耗计算的标准，以满足工程设计、制造和运行维护各方的实际需要。1.2与现有标准体系的关系IEC60287是国际电工委员会制定的电缆额定电流计算系列标准，构成了全球电缆载流量计算的基石。该系列标准涵盖了额定电流计算的通用方程、热阻计算方法、损耗计算方法及各部分修正系数等内容。此前，IEC60287系列虽包含了单根电缆及简单排列条件下的计算方法，但对于多根并联单芯电缆中因线路参数不对称引起的电流分配不均和护套循环电流损耗，并未给出系统完整的计算方法。IEC60287-1-3:2023的发布，正是在这一标准体系框架下的重要补充和延伸，使得并联电缆工况下的计算有据可依，填补了系列标准的空白点。2标准编制过程2.1标准制定机构与工作程序本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。IECTC20负责电力电缆及其附件的标准化工作，其工作范围涵盖电缆的额定电流计算、试验方法、结构要求及安装导则等。TC20下设的WG（工作组）及相关项目团队（PT）具体承担IEC60287-1-3的制修订任务。按照ISO/IEC导则的标准化工作程序，IEC标准的制定经过NP（新工作项目提案）、WD（工作组草案）、CD（委员会草案）、DIS（国际标准草案）、FDIS（最终国际标准草案）等各个阶段，并经各成员国正式投票通过后予以发布。IEC60287-1-3:2023经过完整的标准制定流程，由各国专家多方协商一致形成最终文本。2.2标准修订背景与历程本标准的前一版本为IEC60287-1-3:2002。自2002年版发布以来，并联电缆的应用范围和技术要求发生了显著变化。一方面，随着高压直流输电、海上风电场集电线路、大型数据中心供配电系统等新应用场景的出现，对并联电缆精确计算的需求更加迫切；另一方面，计算机仿真技术和数值计算方法的发展为更精细的计算模型提供了可能。在此背景下，IECTC20启动了该标准的系统性修订工作。修订过程中，工作组广泛收集了来自各国电力公司、电缆制造商、设计院和科研机构的反馈意见，重点围绕以下方面开展了深入研讨：-并联电缆在不同接地方式下的护套电流模型；-多种排列方式（平面排列、三角形排列、垂直排列等）下的电流分配计算方法；-不同导体材料（铜、铝）和不同截面规格下的修正系数；-循环电流损耗计算中温度依赖性的处理方式；-与IEC60287系列其他部分（如IEC60287-1-1、IEC60287-2-1）的协调一致性问题。经过多轮技术讨论和草案修改，标准修订文本于2022年形成最终国际标准草案，并于2023年经IEC成员国投票通过后正式发布。3标准主要技术内容3.1范围与适用条件IEC60287-1-3:2023规定了并联单芯电缆之间电流分配（均流）的计算方法以及由金属护套或屏蔽层中的循环电流引起的附加损耗的计算方法。标准适用于交流系统中并联运行的单芯电缆，电缆的额定频率为49Hz至61Hz。标准所涵盖的具体工况条件包括：-并联电缆支路数量为两根及以上；-电缆导体截面积可为相同或不同；-各支路电缆的排列方式可为平面排列、三角形排列或其他空间布局；-电缆金属护套的接地方式可为两端接地、单端接地或交叉互联接地；-电缆导体运行温度参照标准规定的最大允许温度。3.2均流计算方法标准提出的均流计算方法基于电路理论和电磁场理论的基本原理，将各并联支路等效为包含电阻、自感、互感及护套耦合阻抗的电路模型。计算的核心是对各支路阻抗矩阵的建立与求解。对于由n根单芯电缆组成的并联系统，标准建立了n阶阻抗矩阵模型。其中：-对角线元素代表各支路电缆的自阻抗，包括导体交流电阻、金属护套等效阻抗及导体与护套间的互感阻抗；-非对角线元素代表不同支路间的互阻抗，主要取决于电缆间的几何间距和排列方式。通过求解该阻抗矩阵的回路方程，即可获得在给定总负载电流条件下各支路电流的幅值和相位分布，进而确定均流系数（即各支路电流与平均电流的比值）。标准还详细给出了均流系数的计算示例和典型排列方式下的计算结果对照表。3.3循环电流损耗计算循环电流损耗是指电缆金属护套（或屏蔽层）在两端接地或交叉互联接地条件下，由于护套与导体间的电磁耦合而产生的感应电流所导致的功率损耗。标准规定了以下三种主要接地方式下循环电流损耗的计算方法：1.两端直接接地方式：护套在两端均接地，护套中形成完整的循环电流回路，此时循环电流最大；2.单端接地方式：护套仅在一端接地，另一端通过保护装置接地或悬空，循环电流相对较小；3.交叉互联接地方式：三段护套通过交叉互联箱实现换位连接，大幅减小循环电流。循环电流损耗的计算以护套感应电压为基础，考虑护套的自阻抗、接地回路阻抗及相邻电缆护套间的互阻抗等因素。求得循环电流后，护套损耗功率按P=I²R公式计算，其中R为护套的交流电阻，并需考虑集肤效应和邻近效应的修正。最终，循环电流损耗以占总导体损耗的百分比或相对于总传输功率的比例形式给出，用于后续额定电流的修正计算。3.4关键参数与修正系数标准对计算中的多个关键参数和修正系数给出了明确规定：-导体交流电阻的温度修正，参照IEC60287-1-1的通用规定；-金属护套的电阻率及其随温度的变化特性；-电缆间几何距离的取值方法（轴间距离或净距）；-钢带铠装或非磁性金属铠装层的影响处理；-多回路并联时的相互热影响和电磁影响修正。4标准的创新点与技术特色4.1系统化的并联电缆计算框架IEC60287-1-3:2023首次在IEC60287系列标准框架下建立了系统化的并联单芯电缆均流和循环电流损耗计算体系。相比此前依赖经验公式或简化假设的近似计算方法，本标准采用了基于电路理论和电磁场理论的解析计算方法，具有更强的通用性和计算精度。4.2适应多种工程场景的灵活模型标准充分考虑了工程实际的多样性，在模型构建中涵盖了不同的排列方式、接地方式、支路数量和截面规格组合，为设计人员提供了灵活的计算工具。标准中的模型既适用于均匀对称排列的场景，也适用于非均匀、非对称的复杂工程布局。4.3与系列标准的协调一致本标准在编写过程中高度重视与IEC60287系列其他部分标准的协调一致性。在术语定义、符号标注、计算约定和参数取值等方面均与IEC60287-1-1:2023、IEC60287-2-1:2023等最新版本保持统一，形成了完整配套的标准族。5主要参与单位介绍5.1国际电工委员会（IEC）概况国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission，IEC）成立于1906年，是世界上成立最早的国际性电工标准化机构，负责有关电气工程和电子工程领域的国际标准化工作。IEC总部位于瑞士日内瓦，现有83个正式成员国和83个联络成员国，覆盖了全球绝大多数的经济体。中国于1957年加入IEC，目前是IEC最活跃的成员国之一。IEC的标准化工作覆盖电力生产、输配电、电气设备、电子产品、新能源、智能制造等多个领域，其发布的标准和合格评定方案在全球范围内被广泛采用。IEC标准与国际标准化组织（ISO）标准共同构成了国际标准体系的两大支柱。5.2TC20（电力电缆技术委员会）本标准的制修订工作由IECTC20（电力电缆技术委员会）具体负责。TC20成立于1927年，是IEC最早设立的技术委员会之一。经过近百年的发展，TC20已发布标准80余项，涵盖电力电缆及其附件的术语定义、额定电流计算、结构尺寸、电气试验、安装敷设和运行维护等全生命周期环节。TC20的秘书处由英国承担，主席和秘书分别由来自各成员国的资深专家担任。TC20下设若干工作组和项目团队，分别负责特定专业方向的标准制修订工作。IEC60287-1-3标准的维护工作由TC20下属的WG19（额定电流计算工作组）具体负责。WG19汇集了来自全球主要电缆制造商、电力公司、科研机构和检测认证机构的专家，在电缆载流量计算领域具有深厚的理论功底和丰富的工程实践经验。在IEC60287-1-3:2023的修订过程中，WG19的专家们围绕计算模型的完善、参数的更新以及与其他标准的协调进行了多轮深入讨论，并通过IEC各成员国的国家委员会广泛征集意见，最终形成了符合各方共识的正式标准文本。6标准应用前景与预期效益6.1工程设计领域IEC60287-1-3:2023为电力工程设计人员提供了科学、可靠的并联电缆载流量计算方法。在电缆截面选择和回路数确定的过程中，设计人员可依据本标准精确计算各并联支路的实际载流量和不平衡度，从而优化电缆选型和排列方案，避免因均流不均而导致的过度裕量或安全隐患。6.2电缆制造领域电缆制造商可利用本标准对产品在并联运行工况下的性能进行评估，为产品研发设计提供依据。同时，制造商可根据标准要求完善产品技术文件，向用户提供更准确的载流量数据和护套接地建议。6.3运行维护领域电力运维部门可参照本标准对在役并联电缆系统的运行状态进行校核和评估。通过计算循环电流损耗，可以准确掌握系统的附加损耗水平，为经济运行调度和节能降耗措施提供技术支持。此外，当系统进行增容改造或新增加并联支路时，可利用本标准进行预评估，确保改造方案的技术可行性和经济合理性。6.4国际标准对接本标准作为IEC发布的国际标准，具有广泛的国际认可度。国内相关行业在制定行业标准、团体标准或企业标准时，可直接采用或参考本标准的技术内容，实现与国际贸易和技术合作的顺畅对接。7结论与展望IEC60287-1-3:2023《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》的发布，标志着并联单芯电缆系统电流分配和循环电流损耗计算领域国际标准的进一步完善和提升。该标准为工程设计、产品制造和运行维护等领域提供了科学、统一的技术依据，填补了IEC60287标准体系在并联运行工况下的方法空白，具有重要的工程实践价值。参考文献[1]IEC60287-1-3:2023,Electriccables-Calculationofthecurrentrating-Part1-3:Currentratingequations(100%loadfactor)andcalculationoflosses-Currentsharingbetweenparallelsingle-corecablesandcalculation