IEC 60287-2-12023 电缆.额定电流的计算.第2-1部分热阻.热阻的计算标准立项发展报告

电缆额定电流的计算第2-1部分：热阻热阻的计算标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:ElectricCables-CalculationoftheCurrentRating-Part2-1:ThermalResistance-CalculationofThermalResistance摘要电缆额定电流的准确计算是电力电缆工程设计、运行维护及载流量优化的核心基础，直接关系到输电系统的安全性、经济性与可靠性。在电缆载流量的计算体系中，热阻参数的确定是其中最为关键且复杂的环节之一。IEC60287-2-1:2023《电缆额定电流的计算第2-1部分：热阻热阻的计算》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，于2023年5月22日正式发布，是现行有效的国际标准。本报告对该标准的立项背景、技术内容、修订历程及应用价值进行系统梳理与深入分析。报告首先回顾了IEC60287系列标准的发展脉络，阐述了热阻计算在电缆载流量评估中的核心地位；其次，详细解析了IEC60287-2-1:2023在电缆结构各层热阻计算、敷设环境热阻修正等方面所确立的技术框架，并对其中的关键技术改进进行了重点说明；再次，报告介绍了该标准的主要参与单位及其在标准编制中的贡献；最后，从标准实施、行业应用及未来发展趋势等维度进行了总结与展望。本报告旨在为电力工程设计人员、电缆制造企业技术人员以及标准化工作者提供系统性的参考与指导。关键词：电缆额定电流；热阻计算；IEC60287；载流量；国际标准；电力电缆Keywords:Cablecurrentrating;Thermalresistancecalculation;IEC60287;Ampacity;Internationalstandard;Powercables1引言随着全球能源转型的深入推进和电力需求的持续增长，电力电缆作为电能传输的重要载体，其安全高效运行日益受到重视。在电缆的工程设计与运行管理中，额定电流（载流量）的准确确定是确保电缆在允许工作温度下长期稳定运行的关键前提。载流量计算涉及导体交流电阻、介质损耗、金属套损耗、护层损耗以及热阻等多个参数的协同求解，其中热阻参数表征了电缆内部各结构层及外部环境对热量传导的阻碍程度，对载流量计算结果具有决定性影响。国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission，IEC）作为全球最具权威性的电工领域标准化组织，其下属第20技术委员会（TC20：电力电缆）长期致力于电力电缆领域国际标准的制修订工作。IEC60287系列标准作为电缆额定电流计算的纲领性文件，被世界各国广泛采用，成为电力电缆载流量计算领域最具影响力的国际标准体系。其中，IEC60287-2-1专门针对热阻计算方法进行规范，是IEC60287系列标准的重要组成部分。IEC60287-2-1:2023版本在继承前期版本技术框架的基础上，结合近年来电缆技术的发展和工程实践经验的积累，对部分技术条款进行了修订和完善，进一步提高了标准的技术适用性和计算精度。对该标准进行系统深入的解读与研究，对于推动我国电缆载流量计算技术的进步、促进与国际标准的接轨以及提升电力电缆工程设计水平具有重要的现实意义。2标准概述2.1标准基本信息IEC60287-2-1:2023《电缆额定电流的计算第2-1部分：热阻热阻的计算》（Electriccables-Calculationofthecurrentrating-Part2-1:Thermalresistance-Calculationofthermalresistance）由国际电工委员会（IEC）第20技术委员会（TC20：电力电缆）归口制定。该标准于2023年5月22日正式发布，标准状态为现行有效，是IEC60287系列标准中专门规定电缆热阻计算方法的核心技术文件。2.2标准适用范围IEC60287-2-1:2023规定了额定电压1kV及以上、在稳定运行条件下交流或直流电力电缆热阻的计算方法，适用于不超过最高额定工作温度的各种电缆结构类型，包括但不限于：-挤包绝缘电缆（如交联聚乙烯绝缘电缆、乙丙橡胶绝缘电缆等）；-纸绝缘电缆（如粘性浸渍纸绝缘电缆、充油电缆等）；-具有金属护套、铠装层或其他金属屏蔽结构的电缆；-单芯及多芯电缆结构。该标准所涉及的敷设工况涵盖了空气中敷设、直埋敷设、管道内敷设及电缆沟（槽）内敷设等多种典型工程场景。2.3标准在IEC60287系列中的定位IEC60287系列标准构成了电缆额定电流计算的完整技术体系，具体结构如下：-IEC60287-1-1：额定电流计算（100%负载因数）——总则及关于损耗的条款；-IEC60287-1-2：额定电流计算——交流情况下金属套损耗的计算；-IEC60287-1-3：额定电流计算——关于并列敷设时降低系数的条款；-IEC60287-2-1：热阻计算（本标准）；-IEC60287-2-2：关于通过土壤热阻精确计算确定载流量降低系数的条款；-IEC60287-3-1：关于运行条件的条款；-IEC60287-3-2：关于电力电缆经济优化截面的条款。其中，IEC60287-2-1在系列标准中承担着热阻计算的专门职能，与前后的损耗计算、载流量修正等环节紧密衔接，构成完整的计算链条。3标准立项背景与修订历程3.1历史沿革IEC60287系列标准的制定工作始于20世纪60年代末期。随着高压及超高压电缆技术的快速发展，各国对于统一电缆额定电流计算方法的呼声日益高涨。1969年，IECTC20正式启动了电缆载流量计算标准的编制工作，历经多年的讨论与协调，最终形成了以IEC60287为编号的系列标准。IEC60287-2-1的前身可追溯至IEC60287-2（第一版，1982年），该版本首次系统地规定了电缆各部分热阻的计算方法。1995年，IEC对60287-2进行了结构拆分，将其分为IEC60287-2-1（热阻计算）和IEC60287-2-2（土壤热阻修正）两个部分，形成了延续至今的标准架构。此后，IEC60287-2-1分别于2006年和2015年进行了两次修订，不断吸纳电缆技术发展的最新成果。2023年发布的现行版本是该项标准的第四次修订版本。3.22023版修订的主要驱动力IEC60287-2-1:2023版本的修订主要基于以下几个方面的需求：一是适应新型电缆结构的发展需求。近年来，高压直流电缆、阻燃电缆、特种用途电缆等新型电缆品种不断涌现，其结构特征和热性能参数与传统电缆存在差异，需要对原有热阻计算模型进行补充和完善。二是提高计算精度的要求。随着数值计算技术和传热学理论的发展，工程界对载流量计算精度的期望不断提高。2023版对一些简化假设进行了重新审视，引入了更为精细的计算参数和修正系数。三是促进与国际电工领域其他标准的协调一致。IEC60287-2-1需要与IEC60502（挤包绝缘电力电缆及其附件）、IEC60840（额定电压大于30kV的挤包绝缘电力电缆及其附件）等产品标准保持协调，确保计算方法的统一性和兼容性。四是响应全球能源转型对电缆载流量优化计算的需求。在可再生能源大规模并网和城市电网改造升级的背景下，电缆线路的增容改造和优化运行对精确的载流量计算提出了更高要求。4标准主要内容与技术解析4.1电缆本体热阻的计算IEC60287-2-1:2023将电缆本体各结构层的热阻计算作为核心内容。电缆本体从内到外通常包括导体、绝缘层、金属护套、铠装层和外护层等结构。该标准分别给出了每一结构层热阻的计算公式和参数取值方法。对于单芯电缆，绝缘层热阻的计算基于圆筒壁导热模型，其基本公式可表达为绝缘层热阻与绝缘材料热阻率、绝缘层内外径比值的函数关系。对于多芯电缆，标准则考虑了多芯结构下热流分布的不均匀性，引入了相应的修正系数。金属护套和外护层由于通常采用金属或高导热材料制成，其热阻一般相对较小，但标准仍然给出了精确的计算方法，以确保整体计算的严谨性。值得关注的是，2023版对非圆形结构（如扇形导体、椭圆形护套等异形截面电缆）的热阻计算给予了更多关注，提供了更为细致的等效处理方法和工程近似公式。4.2外部热阻的计算电缆外部热阻的计算涉及电缆与周围环境之间的热交换过程，是影响载流量计算结果的重要环节。IEC60287-2-1:2023分别给出了电缆在自由空气中敷设、在土壤中直埋敷设以及在管道中敷设三种典型工况下的外部热阻计算方法。在空气中敷设的工况下，电缆表面与空气之间的热交换包含对流和辐射两种传热机制。标准给出了综合考虑两种传热机制的外部热阻计算公式，其中涉及电缆表面温度、环境温度、电缆外径以及敷设方式（如水平敷设、垂直敷设、排列方式等）等因素的影响。在土壤直埋工况下，外部热阻的计算需要综合考虑土壤热阻率、埋设深度、电缆外径以及是否采用回填材料等因素。标准引入了"等值土壤热阻"的概念，通过适当简化将复杂的土壤传热问题转化为可工程应用的计算模型。4.3土壤热阻率的影响及修正土壤热阻率是影响直埋电缆外部热阻的关键参数。IEC60287-2-1:2023充分考虑了土壤热阻率的空间分布不均匀性和季节性变化特征，给出了不同土壤类型（如粘土、砂土、岩石等）的典型热阻率参考值范围。对于直埋电缆，标准提出了考虑土壤干燥区域影响的修正方法。当电缆表面温度较高时，周围土壤可能因水分迁移而形成干燥区域，导致局部热阻显著增大。2023版深化了对这一现象的计算处理，引入了干燥区域半径的估算方法和等效热阻修正系数，提高了标准在高温工况下的适用性。4.4敷设环境与排列方式的影响电缆的敷设环境条件（如环境温度、日照辐射、通风条件等）和排列方式（如水平排列、三角形排列、多层排列等）对热阻计算和载流量结果有着重要影响。IEC60287-2-1:2023对这些因素进行了系统考虑。对于空气中成组敷设的电缆，标准给出了考虑电缆间相互热影响的修正方法，引入了阵列敷设下的热阻叠加原理。对于管道敷设的电缆，标准分别考虑了电缆在管道内空气中的热阻和管道外部至周围环境的热阻两个传热环节，并给出了相应的计算方法。5主要参与单位与标准贡献5.1国际电工委员会TC20组织架构IEC60287-2-1:2023由IECTC20（电力电缆技术委员会）归口管理，具体编制工作由TC20下设的WG15工作组（电缆载流量工作组）承担。TC20的秘书处由英国国家标准机构（BSI）承担，WG15工作组的召集人及成员来自全球多个国家的标准化机构和电缆行业企业。5.2WG15工作组的主要贡献WG15工作组汇集了来自欧洲、北美、亚洲等地区在电缆载流量计算领域的顶尖专家，成员涵盖了电缆制造企业（如普睿司曼、耐克森、住友电工等）、电力公司（如法国电力公司EDF、意大利国家电力公司Enel等）、研究机构（如英国国家物理实验室NPL）以及高校的专家学者。在2023版标准的修订过程中，WG15工作组主要开展了以下工作：-系统收集和整理了自2015版发布以来全球范围内在电缆热阻计算领域的工程实践经验和研究成果；-对多芯电缆热阻计算中的近似假设进行了验证和修正；-完善了高温工况下土壤干燥区域影响的修正模型；-加强了与IECTC20其他工作组之间的协调，确保标准体系的内部一致性。WG15工作组通过组织多轮国际范围内的技术讨论和意见征求，最终形成了2023版标准文本，充分体现了国际标准制定过程的开放性和协商一致性原则。6标准的应用价值与行业影响6.1在电力工程设计中的应用IEC60287-2-1:2023作为电缆额定电流计算的核心标准，广泛应用于电力工程的设计阶段。设计人员依据该标准提供的热阻计算方法，结合IEC60287系列其他部分的规定，可以较为精确地确定电缆的载流量，从而合理选择电缆截面、确定敷设方案和路径规划，在保障运行安全的前提下实现电缆线路的经济优化设计。6.2在电缆制造与质量控制中的应用对于电缆制造企业而言，IEC60287-2-1:2023提供了载流量性能评估的规范化方法。制造企业可以通过标准化的热阻计算，对其产品的载流量性能进行理论评估和优化设计，为产品技术参数的确定提供依据。同时，该标准也是企业编制产品技术文件和进行型式试验的重要参考依据。6.3在电缆运行维护与增容改造中的应用对于已投运的电缆线路，IEC60287-2-1:2023为运行管理人员提供了载流量复核和动态增容评估的技术工具。通过对实际运行条件下电缆热阻的重新计算，可以更加准确地评估电缆线路的实际输送能力，为电缆线路的增容改造和优化调度提供技术支持，充分挖掘存量资产潜力。6.4国际标准与国内标准的协调IEC60287-2-1:2023作为国际标准，其技术内容被包括中国在内的多个国家标准体系所采纳或参照。我国在电缆载流量计算领域的国家标准GB/T12826《电缆载流量计算》系列标准在制定过程中充分参考了IEC60287系列标准的技术框架。对该标准的深入研究和跟踪，对于保持我国标准与国际标准的技术同步、提升我国在电缆载流量计算领域的国际话语权具有重要意义。7结论与展望IEC60287-2-1:2023《电缆额定电流的计算第2-1部分：热阻热阻的计算》作为电缆额定电流计算领域的重要国际标准，系统规定了电缆本体及外部环境热阻的规范化计算方法，为该领域的设计、制造和运行提供了统一的技术依据。2023版标准在吸收近年来电缆技术发展成果的基础上，对热阻计算模型进行了补充和完善，特别是在新型电缆结构适应性、高温工况计算精度以及与相关标准的协调一致性方面取得了显著进展。随着全球能源结构转型的深入推进，高压直流输电、海上风电送出、城市地下综合管廊等新场景对电缆载流量计算提出了更高的精度要求。未来，IEC60287-2-1标准的进一步修订可能需要更多关注以下方向：一是数值仿真技术在标准计算方法中的融合应用，以提升复杂工况下的计算精度；二是新型绝缘材料和电缆结构的热性能参数标准化；三是动态载流量计算与实时监测技术的接口标准化；四是与其他国际组织标准（如IEEE、CIGRE相关技术导则）的协调统一。IEC60287-2-1标准必将在持续修订中不断完善，为全球电缆行业的技术进步和电力系统的安全可靠运行继续发挥不可替代的支撑作用。参考文献[1]IEC60287-2-1:2023,Electriccables-Calculationofthecurrentrating-Part2-1:Thermalresistance-Calculationofthermalresistance[S].Geneva:IEC,2023.[