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摘要关键词：电缆载流量；并联单芯电缆；循环电流损耗；均流计算；IEC60287；额定电流方程；金属护套损耗Keywords:Cablecurrentrating;Parallelsingle-corecables;Circulatingcurrentlosses;Currentsharingcalculation;IEC60287;Currentratingequations;Metallicsheathlosses1引言1.1标准立项背景电缆线路作为电力传输的重要载体，其额定载流量的准确计算直接关系到电力系统的安全运行与经济性。随着城市用电负荷的持续增长和新能源的大规模接入，单回电缆线路的输送容量已难以满足日益增长的输电需求。在此背景下，采用多根单芯电缆并联运行成为一种行之有效的增容手段。然而，并联电缆系统在实际运行中面临一个突出的技术挑战——各并联支路间的电流分配不均及由此产生的循环电流损耗。当多根单芯电缆并联运行时，由于各电缆在敷设路径上的空间位置不同、相互间的感应阻抗存在差异，加之各电缆金属护套的接地方式不同，导致了各并联导体中电流分配并非均匀。此外，金属护套中感应出的循环电流不仅增加了额外的功率损耗，还会降低电缆的有效载流能力，严重时甚至导致个别电缆过热而缩短使用寿命。这一问题在大截面、长距离并联电缆线路中尤为突出。1.2标准立项的必要性在IEC60287-1-3:2023CMV发布之前，国际上尚无专门针对并联单芯电缆均流计算和循环电流损耗计算的统一标准。IEC60287-1-1和IEC60287-1-2虽然系统规定了电缆额定电流计算的基本方程和损耗计算方法，但在处理并联电缆场景时存在以下局限性：-未能充分考虑多根并联电缆之间电磁耦合效应及其对电流分配的影响；-缺乏针对金属护套不同接地方式（单端接地、双端接地、交叉互联等）下循环电流的系统计算模型；-对并联电缆不同排列方式（水平排列、垂直排列、三角形排列等）缺乏差异化计算指导。上述标准空白导致各设计院、电缆制造企业和电力运行单位在工程实践中各自为政，采用不同假设和方法进行计算，结果差异显著，严重影响了工程设计的可靠性与国际间的技术交流。因此，制定一项专门针对并联单芯电缆均流及循环电流损耗计算的标准具有迫切的现实需求。2标准编制概况2.1标准基本信息IEC60287-1-3:2023CMV由国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission,IEC）发布，是IEC60287系列"电缆额定电流的计算"标准的组成部分。该标准属于IEC第20技术委员会（TC20：电力电缆）归口管理。值得关注的是，本版本以CMV（CommentaryMarkupVersion，注释标记版）形式发布，即在标准正文基础上附加了技术委员会专家的编制说明和修改注释，便于使用者深入理解标准条款的制定依据和演变过程。2.2标准编制历程IEC60287-1-3的编制工作经历了严谨而充分的技术论证过程。在IECTC20的组织协调下，来自各国电缆制造企业、电力公司、研究机构和大学的专家组成工作组（WG），在充分收集运行经验和研究成果的基础上，系统开展了理论建模、试验验证和算例比对工作。编制过程中广泛征求了各成员国的意见，对涉及并联电缆均流计算的边界条件设定、护套循环电流损耗计算模型的精度等级等问题进行了多轮讨论和修改。2023年5月，该标准经IEC各成员国表决通过后正式发布。2.3标准的适用范围该标准适用于交流电力系统中并联运行的单芯电缆，涵盖了额定频率50Hz和60Hz的应用场景。标准对以下并联电缆类型提供了计算指导：-并联单芯电缆之间电流分配的计算；-金属护套中循环电流损耗的计算方法；-当并联电缆由不同截面积导体构成时的均流计算方法。值得强调的是，该标准所关注的"均流"问题是多根电缆并联时特有的技术课题，其计算结果的准确性直接影响后续载流量评估和热场分析的有效性。3标准核心技术内容3.1并联电缆均流计算的理论基础标准首先建立了并联单芯电缆的等效电路模型，将每根电缆的导体—金属护套系统等效为具有自阻抗和互阻抗的电气网络。基于电路理论和电磁场理论，标准推导了多根并联电缆在给定端部条件下各支路电流分布的一般性求解方法。在理论建模中，标准重点考虑了以下关键因素：1.导体间的互感耦合：不同空间位置的电缆，其导体之间的互感系数不同，这直接影响了各并联支路的等效阻抗分配；2.护套感应电压：导体电流在金属护套中感应出纵向电动势，其大小与电缆几何排列、护套结构和导体电流值相关；3.护套接地方式的影响：两端接地、单端接地和交叉互联接地方式的不同，决定了护套中循环电流是否可以流通及其流通路径；4.导体温度的反馈效应：各并联支路电流分配的不同导致温度分布的差异，而导体电阻随温度变化，这一非线性因素也在标准中得到了考虑。3.2循环电流损耗计算方法3.2.1循环电流的形成机理循环电流损耗是并联单芯电缆系统特有的一种附加损耗。当电缆金属护套两端接地或多点接地时，护套中感应电压形成闭合回路，从而产生循环电流。循环电流与导体电流之间的相位关系决定了它为纯有功损耗与无功损耗的组合，其中与导体电流同相的分量直接产生附加电阻损耗。3.2.2损耗计算的标准化方法标准对循环电流损耗的计算提供了明确的数学表达式和参数选取指导，包括：-单位长度护套电阻的计算方法及其温度修正；-护套感应电压的计算，其中涉及电缆几何因数（如导体间距、护套平均直径等）的确定；-不同接地方式下循环电流的求解公式；-损耗因数的定义和计算方法。3.3均流计算的特殊情况处理3.3.1不同截面积并联电缆的均流当并联电缆的截面积不相同时，标准给出了综合考虑各支路导体电阻、自感和互感差异的均流计算方法。该方法采用迭代求解策略，首先假设各支路中电流的平均分配作为初始值，运算得出温度分布后再修正电阻值，循环迭代至收敛。3.3.2不同敷设方式下的均流计算针对电缆在电缆沟、排管、直埋和隧道中不同的敷设方式，标准提供了相应的修正系数和计算参数选取建议。尤其是对于密集敷设的电缆群，邻近效应对各支路电感的影响不可忽略，标准对此进行了定量分析。4标准与现有标准体系的衔接4.1在IEC60287系列中的地位IEC60287系列标准是电缆载流量计算的国际基础标准，其结构如下：-IEC60287-1-1：额定电流方程（100%负载因数）和损耗计算——总则；-IEC60287-1-2：额定电流方程（100%负载因数）和损耗计算——双回路并联电缆的涡流损耗因数；-IEC60287-1-3：额定电流方程（100%负载因数）和损耗计算——并联单芯电缆之间的均流和循环电流损耗的计算（本标准）；-IEC60287-2-1：热阻的计算；-IEC60287-3-1：运行条件参照。本标准的发布填补了IEC60287系列在并联电缆这一重要应用场景的技术空白，是该系列标准体系的有机延伸与深化。在进行完整并联电缆系统载流量计算时，IEC60287-1-3需与IEC60287-1-1、IEC60287-2-1及IEC60287-3-1配合使用。4.2与中国电缆标准体系的协调在中国电力行业，电缆载流量计算主要依据GB/T16895.6（等效采用IEC60364-5-52）以及电力行业标准DL/T5227等。随着IEC60287-1-3:2023的发布，未来中国相应标准化机构（如全国电线电缆标准化技术委员会TC213）有望将其转化为国家标准或行业标准，以指导国内并联电缆工程的设计和运维。转化过程中需结合中国电网运行实际（如接地方式选择、敷设条件标准化等）进行适当的技术调整。5标准实施影响与应用前景5.1对工程设计的影响该标准的实施为设计人员在并联电缆方案设计阶段提供了权威、统一的计算工具。设计人员可依据该标准准确计算各并联支路的电流分配，合理选择电缆根数、截面与排列方式，避免因电流分配不均或循环电流过大导致的载流量浪费和安全隐患。这将有助于：-优化并联电缆系统的经济性，在满足输送容量要求的前提下减少不必要的电缆投资；-提高设计的可靠性，预防个别电缆过载和过热问题；-促进设计方案的国际比较与技术协作。5.2对制造企业的技术引导电缆制造企业可根据该标准中的计算要求，优化产品结构设计（如金属护套的选材和厚度设计），提供更精准的产品技术参数，为客户进行并联电缆系统设计提供良好支撑。同时，标准中规定的试验验证要求也促使制造企业进一步完善产品检测手段。5.3对运行维护的支撑价值对电力运行维护单位而言，该标准可用于：-评估已有并联电缆线路的运行状态，识别电流分配异常并寻找原因；-指导线路增容改造方案的可行性分析；-为状态检修策略的制定提供载流量预警依据。6标准编制的参与单位介绍6.1国际电工委员会TC20技术委员会IECTC20（电力电缆技术委员会）是IEC中负责电力电缆及其附件领域标准化工作的专业技术委员会。TC20成立于20世纪初期，其秘书处现由英国标准协会（BSI）承担。TC20的成员由各成员国指定的专家代表组成，涵盖电缆制造企业、电力运营商、检测认证机构、科研院所和高校等各类利益相关方。TC20的工作范围覆盖额定电压1kV及以上电力电缆及其附件的术语定义、结构要求、试验方法、载流量计算和安装导则等。截至目前，TC20已发布逾100项国际标准，其中IEC60287系列、IEC60840、IEC62067等已成为全球电缆行业最广泛引用的技术文件。在IEC60287-1-3:2023CMV的制定过程中，TC20专门成立了工作组（MaintenanceTeam/WorkingGroup），由来自德国、中国、日本、法国、意大利等国的技术专家组成核心编写团队。中国专家作为TC20的积极参与方，在并联电缆运行经验数据的提供和计算模型的验证方面做出了重要贡献。7结论与展望IEC60287-1-3:2023CMV的正式发布，是国际电缆载流量计算标准体系的重要里程碑。该标准系统性地解决了并联单芯电缆电流分配不均与循环电流损耗计算缺乏统一方法的问题，为全球电缆工程设计人员提供了科学、严谨、可操作的技术工具。展望未来，随着全球能源转型进程加速推进，城市电网高密度负荷区域的电缆化率将持续提升，并联电缆的应用场景将更加广泛和多样化。IEC60287-1-3标准的实施和推广，将有效提升并联电缆系统的设计精度和运行可靠性。同时，随着数字化设计工具（如BIM技术、数字孪生）在电缆工程中的应用日益成熟，该标准中的计算模型有望与智能设计软件深度集成，实现并联电缆方案的自动化优化设计。此外，随着高温超导电缆等新型电缆技术的逐步实用化，未来IEC60287系列标准的进一步修订与扩展，亦将为这些新型电缆载流量计算提供科学依据。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-Calculationofthecurrentrating-Part1-1:Currentratingequations(100%loadfactor)andcalculationoflosses-General.Geneva:IEC,2023.[3]IEC60287-2-1:2015,Electriccables-Calculationofthecurrentrating-Part2-1:Thermalresistance-Calculationofthermalresistance.Geneva:IEC,2015.[4]中国电力企业联合会.DL/T5227-2019电力电缆线路设计规程.北京:中国电力出