IEC 60287-1-12023 CMV 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、载流量优化及安全运行评估的核心技术环节，直接关系到电力系统的供电可靠性、经济性与安全性。IEC60287-1-1:2023CMV作为国际电工委员会（IEC）发布的电缆额定电流计算系列标准的核心基础文件，系统规定了电缆在100%负载系数下的额定电流方程及各类损耗的计算方法，为全球电缆行业提供了统一、科学的技术依据。本报告围绕该标准的立项背景、技术内容、修订过程、主要参与单位及其行业影响展开系统论述，重点分析了标准在导体交流电阻、介质损耗、金属套损耗及铠装损耗等关键计算模块上的技术规范，并结合IEC60287系列标准的整体架构，阐述了该标准与上下游标准之间的衔接关系及其在新能源、高压直流输电等新兴领域的适用性扩展。报告还对该标准修订的主要参与单位——国际电工委员会电缆技术委员会（IEC/TC20）的组织架构、工作机制及技术贡献进行了详细介绍。最后，报告结合全球电缆技术发展趋势，对标准未来在动态载流量计算、数字化标准转型及多物理场耦合分析等方向的发展前景作出展望，认为IEC60287-1-1将持续引领国际电缆额定电流计算技术的标准化进程。关键词：电缆额定电流；IEC60287；载流量计算；损耗计算；交流电阻；标准化；IEC/TC20Keywords:CableCurrentRating;IEC60287;AmpacityCalculation;LossCalculation;ACResistance;Standardization;IEC/TC20一、引言1.1研究背景随着全球能源转型战略的深入推进，电力电缆作为电能传输的重要载体，在电网建设、城市输配电、新能源并网及跨区域电力输送等领域的应用规模持续扩大。据国际能源署（IEA）统计，全球电力电缆市场规模在2023年已超过2000亿美元，且呈现持续增长态势。在此背景下，电缆额定电流（载流量）的准确计算成为电缆选型、敷设设计、运行监测及寿命评估的关键技术基础——额定电流计算偏差过大，轻则造成电缆导体浪费、工程投资增加，重则导致电缆过热、绝缘老化加速甚至引发火灾等安全事故。国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission，简称IEC）早于20世纪50年代即启动了电缆载流量计算的标准化工作，历经数十年的技术积累与多轮修订，形成了以IEC60287系列标准为核心的完整技术体系。其中，IEC60287-1-1作为该系列的开篇之作，奠定了电缆额定电流计算的基本方程框架和损耗计算的总则性方法，是理解和应用整个IEC60287系列标准的技术基石。1.2标准基本信息本次立项修订的标准编号为IEC60287-1-1:2023CMV，全称为《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》（Electriccables-Calculationofthecurrentrating-Part1-1:Currentratingequations(100%loadfactor)andcalculationoflosses-General）。该标准由国际电工委员会发布，现行有效，发布日期为2023年5月22日，分类号为电缆，使用语言为英语。CMV（CommentaryMigrationVersion）版本为带评论的迁移版本，旨在帮助用户理解标准条文的技术内涵和修订要点。二、标准立项背景与技术需求分析2.1国际标准化需求电缆额定电流计算涉及导体材料特性、绝缘材料热学性能、敷设环境条件、运行负载特性等多维度参数，不同国家在材料体系、工程实践和计算方法上存在一定差异。IEC60287-1-1作为全球通用的基础性计算方法标准，其立项修订的根本动因在于：（1）持续吸纳电缆技术领域的最新研究成果，保持标准技术内容的先进性和科学性；（2）适应新型电缆品种（如高压直流电缆、高温超导电缆、阻燃耐火电缆等）对载流量计算提出的新需求；（3）协调各国标准化机构在载流量计算领域的实践差异，促进国际贸易和技术交流。2.2技术演进驱动自IEC60287-1-1上一版本（2014年版）发布以来，电缆行业在以下技术方向取得了显著进展，直接推动了本标准的修订立项：（1）导体材料性能优化。高导电率电工铝导体、型线绞合导体、铜包铝导体等新型导体结构在工程中得到了更广泛应用，其交流电阻特性与传统实心圆导体存在明显差异，需要更新计算方法。（2）绝缘材料耐温等级提升。交联聚乙烯（XLPE）、乙丙橡胶（EPR）等绝缘材料的长期运行温度等级不断优化，硅橡胶、纳米改性绝缘材料等新型绝缘体系也在逐步推广，对温度修正系数的计算精度提出了更高要求。（3）高压直流电缆技术发展。随着柔性直流输电技术的工程化应用，高压直流电缆的载流量计算虽在一定程度上参考交流电缆的方法，但在电场分布、空间电荷效应、负荷波动特性等方面存在差异，IEC60287-1-1中部分通用计算原则需要为直流电缆载流量计算提供更清晰的接口指引（具体直流方法由IEC60287-1-6等标准另行规定）。（4）数值计算方法的融合。有限元法、计算流体动力学等方法在电缆载流量验证和精细化分析中的应用日益成熟，解析计算与数值仿真之间的校核关系需要在新版标准中得到体现。2.3修订的必要性在上述技术发展背景下，IEC60287-1-1:2014在导体交流电阻计算中的集肤效应和邻近效应系数、金属套损耗计算中的涡流损耗模型以及电缆敷设条件修正等方面逐步显现出技术局限性，难以为新材料、新结构电缆的载流量计算提供精确指导。同时，IEC/TC20在开展IEC60287系列标准体系架构重组过程中，也需对作为系列基础的IEC60287-1-1进行同步修订，以确保各分标准之间技术参数的协调一致。因此，IEC/TC20于2019年正式启动本标准的修订立项工作，历经四年的技术研讨、草案编制、委员会表决和最终出版，于2023年5月正式发布。三、标准主要技术内容IEC60287-1-1:2023CMV在保持原有技术框架连续性的基础上，对电缆额定电流计算的基本方程和损耗计算方法进行了系统修订和完善。标准的核心技术内容涵盖以下主要模块：3.1额定电流计算基本方程标准首先给出了电缆在100%负载系数（即持续恒定负载）条件下额定电流计算的基本方程。该方程以电缆导体允许长期运行温度、电缆各层结构的热阻及外部环境热阻为基本参数，构建了热平衡条件下的载流量解析表达式。基本方程形式为：\[I=\left[\frac{\Delta\theta-W_d\left(0.5T_1+n(T_2+T_3+T_4)\right)}{RT_1+nR(1+\lambda_1)T_2+nR(1+\lambda_1+\lambda_2)(T_3+T_4)}\right]^{0.5}\]其中：\(\Delta\theta\)为导体允许温升（K）；\(W_d\)为介质损耗（W/m）；\(n\)为电缆中载流导体数量；\(R\)为最高运行温度下导体交流电阻（Ω/m）；\(T_1\)、\(T_2\)、\(T_3\)、\(T_4\)分别为绝缘热阻、内衬层及填充层热阻、外护层热阻和外部环境热阻（K·m/W）；\(\lambda_1\)、\(\lambda_2\)分别为金属套损耗因数和铠装损耗因数。2023版标准在方程适用性说明、参数定义精度及符号体系方面进行了优化，使计算流程更加清晰。3.2导体交流电阻计算导体交流电阻是额定电流计算的核心参数。标准详细规定了导体直流电阻的温度换算方法、集肤效应因数、邻近效应因数的计算公式及适用范围。2023版主要修订内容包括：-更新了铜和铝导体在高温下的电阻温度系数数据；-对型线绞合导体和异形导体结构的集肤效应因数计算提供了修正指导；-明确了多回路电缆并列敷设时邻近效应计算的适用条件和简化方法；-增加了对导体运行温度接近绝缘体最高允许温度时交流电阻计算的特别说明。3.3介质损耗计算对于交流电缆，尤其是高压和超高压电缆，绝缘层在交变电场作用下产生的介质损耗对载流量具有显著影响。标准给出了介质损耗的计算公式：\[W_d=2\pifCU_0^2\tan\delta\]其中：\(f\)为系统频率（Hz）；\(C\)为电缆单位长度电容（F/m）；\(U_0\)为导体对地电压（V）；\(\tan\delta\)为绝缘材料介质损耗角正切。2023版标准对不同绝缘材料的\(\tan\delta\)参考值进行了复核和更新，特别是针对XLPE绝缘在高温下的介质损耗特性补充了新的数据指导。3.4金属套损耗计算金属套（包括铅套、铝套、铜丝屏蔽等）中的损耗包括环流损耗和涡流损耗两部分。标准区分了单点接地、两端接地及交叉互联接地等不同接地方式下的损耗计算方法，给出了相应的损耗因数\(\lambda_1\)计算公式。2023版细化了大截面电缆金属套涡流损耗的计算边界条件，并针对高压电缆常用的波纹铝套结构的损耗计算进行了补充说明。3.5铠装损耗计算对于铠装电缆，钢带铠装或钢丝铠装中的磁滞损耗和涡流损耗同样采用损耗因数\(\lambda_2\)表征。标准规定了不同铠装结构、不同敷设方式（单芯铠装电缆应注意采用非磁性材料）下铠装损耗的计算方法，并在修订中对磁性铠装材料的相对导磁率取值进行了更新。3.6与其他标准的协调IEC60287-1-1:2023CMV与IEC60287系列其他部分构成了完整的技术体系：-IEC60287-1-2：热阻计算部分，规定了绝缘热阻、护层热阻等参数的计算方法；-IEC60287-1-3：交流电缆并联回路之间的电流分配及循环电流计算；-IEC60287-2-1：影响载流量计算的外部因素（土壤热阻系数、敷设深度、环境温度等）；-IEC60287-3-x：各种敷设条件（直埋、排管、电缆沟、隧道等）下的载流量修正系数。IEC60287-1-1作为"总则"性文件，为上述各分部分标准提供了统一的方程框架和参数定义体系。2023版在术语定义、符号一致性方面与系列标准进行了全面校核，确保系列标准的协调统一。四、标准修订的主要参与单位4.1IEC/TC20——国际电工委员会电缆技术委员会IEC60287-1-1:2023CMV的修订工作由国际电工委员会电缆技术委员会（IEC/TC20，即"ElectricCables"技术委员会）归口管理。TC20是IEC负责电力电缆及其附件标准制定的核心技术委员会，其工作范围涵盖电缆的结构设计、试验方法、安装导则和载流量计算等全产业链技术领域。TC20目前设有多个分技术委员会和工作组（WorkingGroup,WG），其中负责额定电流计算标准维护的是WG/PT60287工作组，该工作组汇集了来自全球主要电缆制造企业、电力公司、研究机构和高校的资深技术专家。4.2主要参与国家及企业在IEC60287-1-1:2023CMV的修订过程中，多个国家的国家委员会（NationalCommittee）和技术专家深度参与了草案编制和技术研讨工作，主要包括：（1）意大利国家委员会（CEI）：意大利在电缆载流量计算领域具有深厚的技术积淀，其国家电力公司（Enel）和普睿司曼（Prysmian）集团的技术专家在标准的修订中发挥了核心作用。普睿司曼作为全球最大的电缆制造商之一，在高压及超高压电缆的载流量计算方面积累了丰富的理论和工程数据。（2）法国国家委员会（UTE）：法国电力公司（EDF）和耐克森（Nexans）公司的专家参与了标准中金属套损耗计算方法的修订工作。耐克森在海底电缆和特种电缆领域的技术经验为标准的完善提供了重要支撑。（3）德国国家委员会（DKE）：德国莱尼（Leoni）和南德电缆等企业的专家在标准术语定义和符号体系方面给予了重要贡献。德国作为IEC标准化工作的主要参与国之一，长期深度参与TC20的各项标准化活动。（4）中国国家委员会（SAC）：中国作为全球最大的电缆生产国和消费国，上海电缆研究所有限公司、中国电力科学研究院有限公司及国内主要电缆制造企业的专家代表参与了修订工作，中国在高压电缆制造和城市电网电缆化改造中积累的大量工程实践数据为标准的修订提供了丰富的验证案例。此外，英国、日本、韩国、瑞典等国家的技术专家也通过所属国家委员会和工作组平台参与了标准技术内容的讨论与审查。4.3重点参与单位的详细介绍上海电缆研究所有限公司是我国电线电缆行业综合性的权威研究机构，长期承担国际电工委员会相应技术委员会的国内归口管理工作。该公司成立于1957年，是原机械工业部直属的电线电缆行业归口研究所，现为中国机械工业集团有限公司下属企业，同时承担全国电线电缆标准化技术委员会秘书处职能。上海电缆研究所在电缆载流量计算、材料特性研究、电缆测试与评估等方面拥有60余年技术积累，建有国家电线电缆质量检验检测中心、特种电缆技术国家重点实验室等国家级创新平台。在IEC60287-1-1:2023CMV的修订过程中，上海电缆研究所依托其对国内电缆行业技术需求的深入理解，组织国内专家系统梳理了标准中需要修订的技术议题，提出了多项针对高压电缆金属套损耗计算、型线导体交流电阻计算等技术难点的修订建议，并通过组织国内研讨会、征集行业意见、形成中国提案等途径，在国际标准修订中有效反映了中国电缆行业的技术诉求和工程实践经验。五、标准的应用价值与行业影响5.1工程应用价值IEC60287-1-1:2023CMV在全球范围内被广泛应用于以下工程场景：（1）电力电缆工程设计。设计单位依据该标准计算电缆载流量，确定导体截面、敷设方式和电缆结构，确保电缆在允许温度范围内长期安全运行。（2）电缆线路增容改造。在既有电缆线路评估中，利用该标准对实际运行条件下的载流量进行精细化核算，为增容改造和负荷调度提供技术依据。（3）电缆运行温度监测与寿命管理。标准中的损耗计算模型为分布式光纤测温（DTS）系统的温度场反演和电缆热时间常数分析提供了理论基础。（4）国际工程项目。作为IEC标准，该文件为国际电力工程项目中电缆选型和载流量计算提供了统一的技术语言，减少了因计算方法差异导致的技术壁垒。5.2行业影响分析本次标准的修订发布对电缆行业产生了广泛而深远的影响：从标准体系层面来看，2023版标准对电缆导体交流电阻计算方法的修订，使新型高效导体的载流量评估更为准确，有利于推动高导电率导体材料的工程应用。金属套损耗计算方法的更新对高压电缆的金属套结构优化和接地方式选择具有直接指导意义，有助于降低线路运行损耗、提升输电效率。介质损耗数据的新增参考值使高压和超高压电缆的载流量计算结果更加精确，对提升电网的安全裕度具有积极作用。从产业生态层面来看，IEC60287-1-1作为国际贸易中电缆载流量计算领域引用频率最高的标准文件之一，其修订有利于消除各国因计算方法差异造成的贸易摩擦，推动电缆产品的国际流通和工程互认。对于电缆制造企业而言，及时跟踪和掌握新版标准的技术变化，是确保产品设计合规性和国际市场竞争力的必要条件。六、结论IEC60287-1-1:2023CMV《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》的发布，标志着国际电缆额定电流计算标准化工作迈上了新台阶。该标准在继承数十年来电缆载流量计算理论成