IEC 60287-1-12023 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

IEC60287-1-1:2023《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摘要电缆载流量（额定电流）的准确计算是电力电缆工程设计、运行维护及状态评估的核心技术基础，直接关系到电力系统的安全可靠性、经济性与碳排放水平。IEC60287系列标准作为国际电工委员会（IEC）发布的电缆额定电流计算领域最重要的基础性技术标准，自1958年首次发布以来历经多次修订，为全球电力电缆行业提供了统一的载流量计算方法与基准框架。本标准——IEC60287-1-1:2023为IEC60287系列的第1-1部分，是该系列标准的纲领性文件，系统规定了额定电流计算的基本方程、损耗计算的总则、适用范围及关键参数定义。本报告全面介绍了该标准的立项背景、国际国内发展历程、技术内容框架、主要修订要点及其在电力行业中的广泛应用价值。报告指出，随着可再生能源大规模接入、高压直流输电技术快速发展和新型电缆材料的工程应用，电缆载流量计算面临的边界条件更趋复杂，IEC60287-1-1:2023的发布为行业提供了适应新形势的技术依据，对推动我国电缆标准体系与国际接轨、支撑新型电力系统建设具有重要的指导意义和参考价值。关键词：电缆；额定电流；载流量；IEC60287；损耗计算；标准化Keywords:Electriccables;Currentrating;Ampacity;IEC60287;Losscalculation;Standardization1引言1.1研究背景电力电缆作为电能传输的重要载体，广泛应用于城市电网、工业企业、新能源场站及跨区域输电工程中。随着全球能源转型的深入推进和新型电力系统的加快建设，电缆线路的电压等级不断提高、敷设环境日趋复杂、运行方式更加多变，对电缆载流能力的精确评估提出了更高要求。载流量计算不准确将导致两种极端后果：计算值偏大可能引发电缆过热老化、绝缘击穿，严重威胁电网安全；计算值偏小则将造成导体截面浪费、工程投资增加，不利于资源节约与绿色低碳发展。在此背景下，建立统一、科学、可操作的电缆额定电流计算方法标准，对于规范工程设计、保障运行安全、促进国际贸易和技术交流具有至关重要的意义。1.2标准立项的必要性随着技术进步和工程实践经验的积累，原有版本在边界条件适用性、新材料参数覆盖、复杂敷设场景处理等方面逐渐显现不足。同时，IEC标准体系要求定期对标准进行系统复审和技术更新。因此，对IEC60287-1-1进行修订和重新立项发布，是保持该标准技术先进性和行业适用性的必要举措。2标准概述2.1标准基本信息本标准编号为IEC60287-1-1:2023，由国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission,IEC）发布，标准全称为《Electriccables-Calculationofthecurrentrating-Part1-1:Currentratingequations(100%loadfactor)andcalculationoflosses-General》，中文标准名称为《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》。标准发布于2023年5月22日，现为现行有效版本，语言为英语，分类号为电缆。本标准属于IEC60287系列标准的基础性、纲领性文件，对应我国国家标准体系中的电缆载流量计算基础标准。2.2标准定位IEC60287-1-1:2023在IEC60287系列标准中处于核心引领地位。该系列标准体系主要包括：-IEC60287-1-1：额定电流方程（100%负载系数）和损耗计算——总则-IEC60287-1-2：热阻的计算-IEC60287-1-3：关于平行多重电缆和部分穿管电缆的电流承载能力-IEC60287-2-1：热阻的计算（适用于电缆敷设于不受阳光直接照射的场合）-IEC60287-2-2：通过数值分析的方法计算热阻-IEC60287-3-1：运行条件的章节——参考运行条件及电缆类型选择-IEC60287-3-2：电力电缆经济优化截面其中，IEC60287-1-1是整个标准体系的根基，为其他各部分的计算提供了基本方程、参数定义和统一的损耗计算方法。3标准发展历程3.1国际标准发展历程IEC60287系列标准的制定工作可追溯至20世纪50年代。1958年，IEC首次发布了关于电缆额定电流计算的标准文件，当时的编号为IEC287。该标准主要基于J.H.Neher和M.H.McGrath于1957年发表的著名论文（"TheCalculationoftheTemperatureRiseandLoadCapabilityofCableSystems"，AIEETransactions），该论文首次系统性地提出了电缆热路分析方法和载流量计算模型，奠定了现代电缆载流量计算的理论基础。随着电缆技术的发展和应用需求的演变，IEC287经历了多次修订和技术改版。1994年至1995年间，IEC对原标准进行了结构性调整，将标准拆分为多个部分，形成了IEC60287系列标准的框架体系。其中，IEC60287-1-1作为核心部分确立了额定电流计算的基本方程和损耗计算通则。进入21世纪，IECTC20（电力电缆技术委员会）持续对该标准进行维护和更新。2006年发布了IEC60287-1-1:2006版本，该版本经过系统修订，进一步明确了各项参数的定义和应用条件。此后，经过十余年的工程实践和技术发展，IECTC20于2014年前后启动了新一轮修订工作，经过多轮国际讨论和技术论证，最终于2023年5月正式发布了IEC60287-1-1:2023版本。本次修订反映了近年来电缆技术领域的最新成果和工程实践需求。本次修订的重点方向包括：适应高压直流电缆载流量计算的需求、补充新型绝缘材料的参数、完善复杂敷设条件下的计算边界条件、提升标准表述的准确性和可操作性等。3.2我国采标情况我国高度重视电缆载流量计算标准的国际接轨工作。目前，我国已通过等同采用（IDT）方式引入IEC60287系列标准，形成了对应的国家标准体系。其中，与IEC60287-1-1:2023对应的国家标准正在同步更新中。我国电缆标准体系经过数十年发展已形成了较为完善的架构：以GB/T12706系列（额定电压1kV到35kV挤包绝缘电力电缆）、GB/T11017系列（额定电压110kV交联聚乙烯绝缘电力电缆）、GB/T22078系列（额定电压500kV交联聚乙烯绝缘电力电缆）等产品标准为基础，以载流量计算、试验方法、安装敷设等通用标准为支撑，构建了覆盖电缆全生命周期的标准体系。IEC60287系列标准中的额定电流计算方法在我国电缆行业设计、制造和运行环节中得到了广泛应用。4标准主要内容4.1适用范围IEC60287-1-1:2023规定了电缆在稳态运行条件下（100%负载系数）额定电流计算的基本方程和损耗计算方法。标准适用于交流电压下运行的所有类型电力电缆，包括：-各种电压等级（低压、中压、高压和超高压）的挤包绝缘电缆-各种型式的导体结构（铜、铝及铝合金导体）-不同的绝缘类型（交联聚乙烯、乙丙橡胶、纸绝缘等）-不同的护层和铠装结构-单芯和多芯电缆标准涵盖了电缆在以下敷设条件下的额定电流计算：-直接埋地敷设-管道内敷设-空气中敷设-电缆沟或电缆桥架内敷设-隧道内敷设-水下敷设4.2额定电流计算的基本方程本标准的核心内容之一是给出了电缆额定电流计算的基本方程。根据电缆热平衡原理，电缆导体温度达到允许最高长期工作温度时对应的负荷电流即为额定电流。标准中规定的额定电流基本计算公式可表示为：\[I=\left[\frac{\Delta\theta-W_d\left(0.5T_1+n(T_2+T_3+T_4)\right)}{RT_1+nR(1+\lambda_1)T_2+nR(1+\lambda_1+\lambda_2)(T_3+T_4)}\right]^{0.5}\]其中：-\(I\)——导体中流过的电流（A）-\(\Delta\theta\)——导体温度与环境温度的差值（K）-\(W_d\)——导体绝缘介质损耗（W/m）-\(R\)——最高工作温度下导体交流电阻（Ω/m）-\(n\)——电缆中载流导体数-\(\lambda_1\)——金属护套损耗因数-\(\lambda_2\)——铠装损耗因数-\(T_1\)——绝缘热阻（K·m/W）-\(T_2\)——内衬层及填充层热阻（K·m/W）-\(T_3\)——外护层热阻（K·m/W）-\(T_4\)——电缆外部介质热阻（K·m/W）该方程以热路法的物理模型为基础，将电缆从导体到外部环境的热传递路径等效为串联热阻网络，通过热平衡条件推导得出。4.3损耗计算的总则本标准系统规定了电缆各部分损耗的计算方法。导体损耗是指电流通过导体电阻产生的焦耳热损耗。计算中需要准确确定导体在最高工作温度下的交流电阻。交流电阻受集肤效应和邻近效应的影响，与直流电阻存在差异。标准中给出了计算交流电阻的详细公式和修正系数，包括集肤效应因数\(Y_s\)和邻近效应因数\(Y_p\)的计算方法。介质损耗是指在交变电场作用下绝缘材料内部产生的能量损耗。对于高压和超高压电缆，介质损耗在总损耗中占有一定比例，不可忽略。标准中给出了介质损耗的计算公式：\[W_d=\omegaCU_0^2\tan\delta\]其中，\(\omega\)为角频率，\(C\)为单位长度电缆电容，\(U_0\)为导体对地电压，\(\tan\delta\)为绝缘介质损耗角正切值。金属护套损耗是指金属护套中因感应电流和涡流产生的损耗。标准中引入了金属护套损耗因数\(\lambda_1\)来描述该部分损耗与导体损耗的比例关系。λ1的计算因护套接地方式和电缆排列方式不同而有所区别，主要考虑护套单端接地、双端接地、交叉互联等不同接地形式的损耗特性。铠装损耗是指铠装层中产生的损耗，以铠装损耗因数\(\lambda_2\)表示。钢带铠装和钢丝铠装的损耗计算方式有所差异，标准分别进行了规定。4.4关键参数定义标准中给出了额定电流计算所涉及的各项关键参数的明确定义和取值方法，包括：-导体最高允许工作温度：依据绝缘材料的耐热等级确定（如交联聚乙烯绝缘通常为90℃，聚氯乙烯绝缘通常为70℃）-环境温度：根据不同敷设方式和敷设环境确定参考值-土壤热阻系数：考虑土壤类型、含水量及干燥程度等因素的影响-敷设深度修正系数-多回路并列敷设时的互热修正系数4.52023版主要修订内容相较于前一版本，IEC60287-1-1:2023在以下方面进行了重要修订：1.技术内容更新：对部分计算公式和参数取值进行了优化调整，使其更符合最新实验数据和工程实际情况。2.结构优化：对章节结构进行了重新编排，使标准逻辑更加清晰合理，便于使用者理解和应用。3.边界条件补充：增加了对高压直流电缆载流量计算的基础性指导内容，适应了直流输电技术快速发展的需求。4.新型材料覆盖：补充了新型绝缘和护层材料的相关参数和计算方法，扩大了标准的适用范围。5.表述精确化：对部分易产生歧义的条款进行了重新表述，增强了标准的可操作性和一致性。5主要参与单位和组织5.1国际电工委员会第20技术委员会（IECTC20）IEC60287-1-1:2023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，具体由TC20下属的WG（工作组）负责编制工作。IECTC20负责电力电缆及其附件的标准化工作，其工作范围涵盖额定电压从低压至超高压的各类型电缆产品及相关的计算方法和试验技术。5.2上海电缆研究所有限公司在我国参与IEC60287系列标准制定与转化的过程中，上海电缆研究所有限公司（以下简称"上缆所"）发挥了核心主导作用。上海电缆研究所有限公司创建于1957年，是中国唯一的集电线电缆研究开发、检验检测、标准制定、信息服务于一体的综合性科研机构，是国际电工委员会（IEC）TC20国内对口单位和全国电线电缆标准化技术委员会（SAC/TC213）秘书处挂靠单位。上缆所长期承担我国电线电缆领域国际标准化工作的技术支撑和组织协调职责，深度参与IEC标准的制修订工作，在国际电缆标准化领域具有重要影响力。1.在电缆损耗计算模型验证方面，组织国内相关单位开展平行计算与实验验证，为标准的修订提供了翔实的数据支撑；2.在标准适用性拓展方面，结合我国高压电缆工程实践，提出了关于导体运行温度选取、复杂敷设条件边界设定等多项技术建议；3.在标准协调性方面，协调国内各相关方就标准技术内容达成共识，形成一致对外的中国声音。上缆所也是我国电缆载流量国家标准体系建设和维护的核心力量。2023年版IEC标准发布后，上缆所及时组织开展了标准的翻译、分析评估和转化论证工作，为后续国家标准和行业标准的更新升级奠定了坚实基础。6标准应用价值与展望6.1应用价值IEC60287-1-1:2023作为电缆额定电流计算的基础性标准，具有广泛而深远的工程应用价值。在电缆工程设计方面，本标准为工程设计人员提供了统一的载流量计算方法，保证了不同设计单位之间计算结果的可比性和一致性。准确的载流量计算有助于优化导体截面选择，避免不必要的材料浪费，降低工程造价，同时确保电缆在允许温度范围内长期安全运行。在电缆制造行业，该标准为电缆产品的型式试验、载流量验证提供了标准化的技术依据，有利于统一产品质量要求，促进公平竞争和国际贸易。在电网运行管理方面，该标准为电缆线路的动态增容、负荷管理、状态检修等提供了关键的技术支撑。基于标准方法的载流量评估可以帮助运行人员更好地掌握电缆线路的实际输送能力，在保障安全的前提下充分挖掘现有线路的输送潜力。在新能源领域，随着风电场、光伏电站的大规模建设，电缆载流量的精确计算对于集电线路的优化设计和新能源电力高效送出具有重要意义。6.2未来发展趋势展望未来，电缆额定电流计算标准化工作将呈现以下发展趋势：一是适应新型输电技术需求。随着高压直流输电、柔性直流输电技术的广泛应用，直流电缆载流量计算方法的标准化需求日益迫切。后续版本的IEC60287标准可能进一步细化和完善直流电缆的相关计算内容。二是引入动态热路模型。传统的稳态载流量计算方法正逐步向动态载流量评估方向发展，结合实时监测数据的动态热路模型将成为技术发展的重点方向。三是融合数值仿真技术。针对复杂敷设场景和非均质环境条件，基于有限元法等数值方法的载流量计算技术将作为解析法的有效补充，两者的有机结合将进一步拓展标准的适用范围。四是服务"双碳"战略目标。精确的载流量计算是提升电缆线路利用效率、降低输电损耗、促进节能减排的基础技术手段，将在支撑能源绿色低碳转型中发挥更大作用。7结论IEC60287-1-1:2023《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》是由国际电工委员会发布的电缆载流量计算领域最重要的基础性国际标准。该标准系统规定了电缆额定电流计算的基本方程、各类损耗的计算方法以及关键参数的选取原则，为全球电力电缆行业提供了统一的技术准则。本标准的发布，充分反映了近年来电缆技术领域的最新发展成果，适应了新型电力系统建设和能源转型对电缆载流量精确计算的迫切需求。我国作为电缆制造和应用大国，应加快推进该标准的转化应用工作，进一步完善我国电缆标准体系，提升我国在国际电缆标准化领域的话语