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标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:ElectricCables-CalculationoftheCurrentRating-Part1-3:CurrentRatingEquations(100%LoadFactor)andCalculationofLosses-CurrentSharingBetweenParallelSingle-CoreCablesandCalculationofCirculatingCurrentLosses摘要随着全球能源结构调整与新型电力系统建设的深入推进，高压及超高压电缆线路在电网输电、城市配电及新能源并网等领域的应用规模持续扩大。在大截面、长距离输电场景中，为满足载流量需求并兼顾施工与运维的可行性，工程上广泛采用多根单芯电缆并联运行的布置方案。然而，并联单芯电缆之间因敷设方式、接头位置及金属屏蔽层接地方式等因素引起的电流分配不均与循环电流损耗问题，直接影响电缆线路的安全运行、使用寿命和系统经济性。国际电工委员会（IEC）于2023年5月22日正式发布IEC60287-1-3:2023标准，系统规定了额定电流方程（100%负载系数）下并联单芯电缆之间均流计算方法和循环电流损耗的计算方法。本报告对该标准的编制背景、适用范围、主要技术内容及其工程应用价值进行系统梳理，分析了该标准对电缆设计、施工运维及标准化工作的深远影响，并对我国在该领域的标准化工作提出参考建议。关键词：电缆；额定电流；并联单芯电缆；均流计算；循环电流损耗；IEC60287；标准化Keywords:Electriccables;Currentrating;Parallelsingle-corecables;Currentsharing;Circulatingcurrentlosses;IEC60287;Standardization1引言1.1研究背景电缆线路作为电力传输的重要载体，在现代能源体系中占据不可替代的地位。随着城市电网负荷密度不断攀升、新能源大规模并网以及跨区域电力调配需求日益增长，高压电缆的输送容量持续提高，单回线路的输电规模屡创新高。在工程实践中，单根电缆的载流量往往难以满足大容量输电需求，采用多根单芯电缆并联运行成为一种经济且可行的技术方案。此举不仅能够有效提升线路整体输送能力，还能在一定范围内实现敷设灵活性和运行冗余性。然而，并联单芯电缆系统在实际运行中呈现出复杂的电磁耦合特性。由于各并联电缆的阻抗参数、敷设位置、屏蔽层接地方式等存在差异，电流在各电缆之间往往不能自然均匀分配。这种不均流现象一方面可能导致部分电缆过载运行，加速绝缘老化，缩短线路使用寿命，甚至引发电缆热击穿故障；另一方面，金属屏蔽层中形成的循环电流会产生额外的焦耳损耗，降低输电效率，增加运行成本。在极端情况下，循环电流损耗可达缆芯焦耳损耗的数十个百分点，严重制约线路的经济运行水平。1.2标准立项的必要性IEC60287系列标准是国际公认的电缆额定电流计算基础标准，长期以来为电缆选型、敷设设计、运行评估提供了统一的技术依据。然而，在该系列标准的早期版本中，针对并联单芯电缆的均流与循环电流计算仅给出了简化处理方式，无法全面满足工程实践中复杂布置条件下的精确计算需求。伴随电力电缆电压等级不断提高、截面尺寸持续增大、敷设环境日趋复杂的行业趋势，业界对并联电缆电流分配精细化计算方法的呼声日益高涨。在此背景下，IECTC20（电力电缆技术委员会）组织相关国际专家，历经多年研究和多轮讨论，在IEC60287-1-3：2023中形成了一套系统的并联单芯电缆均流与循环电流损耗计算方法，填补了该领域国际标准的空白，为全球电缆工程设计与运行提供了统一、科学、可操作的技术规范。2标准概述2.1标准基本信息本标准为IEC60287系列标准的第1-3部分，标准全称为《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》（Electriccables-Calculationofthecurrentrating-Part1-3:Currentratingequations(100%loadfactor)andcalculationoflosses-Currentsharingbetweenparallelsingle-corecablesandcalculationofcirculatingcurrentlosses）。标准编号为IEC60287-1-3:2023，由国际电工委员会（IEC）于2023年5月22日正式发布，标准状态为现行有效，文件语种为英语。2.2标准适用范围本标准适用于额定频率下、呈并联布置的多根单芯电缆系统，包括不同敷设方式（直埋、空气中敷设、电缆沟/槽内敷设等）、不同布置排列（水平排列、垂直排列、三角形排列等）的并联电缆回路。标准覆盖了各并联电缆分支之间的电流分配计算、金属屏蔽层（或金属套）中循环电流的计算以及由此产生的附加损耗评估。该标准与IEC60287系列其他部分标准配合使用，共同构成完整的电缆额定电流计算体系。2.3编制原则本标准在编制过程中遵循了以下核心原则：（1）科学性：计算方法建立在电磁场理论和电路理论的基础上，充分考虑电缆金属屏蔽层的电磁耦合效应、集肤效应和邻近效应等物理机理，确保计算结果的准确性。（2）可操作性：在保证计算精度的前提下，尽量简化计算流程和参数获取方式，便于工程设计人员在实际项目中推广应用。（3）通用性：适用于不同电压等级、不同截面尺寸、不同敷设条件下的并联单芯电缆系统，兼顾工程中常见的多种布置形式。（4）协调性：与IEC60287系列其他部分以及IEC60949等IEC相关标准保持技术内容和计算逻辑上的协调一致。3主要技术内容3.1并联单芯电缆均流计算当多根单芯电缆并联运行时，每根电缆所承载的电流由各支路阻抗及支路间的耦合阻抗共同决定。IEC60287-1-3:2023建立在阻抗矩阵模型基础上，给出了通用化的电流分配计算方法。标准将每根并联电缆视为一条具有自阻抗的支路，同时不同电缆之间存在互阻抗耦合。计算中需要输入的基础参数包括：电缆导体的交流电阻（考虑集肤效应和邻近效应）、金属屏蔽层的自阻抗、各电缆之间的互阻抗、电缆敷设间距与排列几何关系、屏蔽层两端接地方式及接地阻抗等。在实际工程中，并联电缆的金属屏蔽层通常采用一端接地、两端接地或交叉互联接地等不同方式。不同接地方式对循环电流的产生机理和大小具有决定性影响。标准对各种接地方式下的计算模型分别予以规定，确保计算条件与实际工程情况匹配。IEC60287-1-3：2023的计算方法既可计算每根电缆的电流分配比例，也可评估各支路之间的不平衡度，并据此判断是否存在过载风险。3.2循环电流损耗计算循环电流是并联单芯电缆金属屏蔽层中因感应电势作用而形成的不平衡电流。该电流不参与有功功率传输，仅在屏蔽层回路中流动，产生焦耳热损耗，增大电缆系统的总损耗。循环电流的值取决于屏蔽层的感应电动势、屏蔽层回路的阻抗以及接地方式等多方面因素。标准针对不同屏蔽层连接方式，分类给出了循环电流的计算公式：在两端接地情况下，屏蔽层与大地构成闭合回路，感应电势在回路中驱动循环电流。该电流的计算需要综合考虑屏蔽层的纵向感应电势和回路总阻抗，包括屏蔽层自身阻抗、接地电阻和大地回流路径阻抗等。值得注意的是，屏蔽层感应电势的大小与电缆排列方式和相间距离密切相关，当三根单芯电缆呈三角形紧密排列时，各相屏蔽层的感应电势基本平衡，循环电流较小；而当电缆水平大间距排列时，边相与中相电缆的感应电势差异显著增大，循环电流较为可观。循环电流损耗是屏蔽层电阻与循环电流有效值的平方之积，损耗大小直接影响电缆的总发热量和额定载流能力。标准中对损耗的计算充分考虑了温度对屏蔽层电阻的影响，要求在实际计算中根据运行温度加以修正。此外，该标准还提供了简化估算方法用于初步设计的快速评估。3.3与IEC60287系列标准的协调配合IEC60287-1-3：2023作为IEC60287系列的重要组成部分，与以下部分紧密关联：-IEC60287-1-1：额定电流计算的基本方程（100%负载系数）和一般损耗计算方法，提供了电缆导体交流电阻、介质损耗、金属套损耗等基础计算模型；-IEC60287-1-2：金属屏蔽层中循环电流损耗的计算，为单回电缆线路的屏蔽层损耗计算提供方法；-IEC60287-2-1：热阻的计算，涉及电缆各层结构热阻及外部环境热阻的确定。使用IEC60287-1-3：2023进行并联电缆额定电流计算时，应在IEC60287-1-1提供的通用计算框架内，将本标准的均流计算结果和循环电流损耗数值作为输入参数引入额定电流方程。热阻的计算仍遵循IEC60287-2-1的规定。这种标准间的有机衔接保证了并联电缆额定电流计算全流程的技术一致性。3.4标准中的关键公式与参数标准中给出了一系列关键计算表达式，包括：-电缆支路复阻抗矩阵的建立方法；-分支电流分配比的求解公式；-屏蔽层感应电动势的计算表达式；-考虑屏蔽层接地方式修正的循环电流求解方程；-循环电流损耗与总损耗的合成公式。标准同时给出了各计算步骤中所需参数的物理定义、量纲和单位，并在附录中提供了典型工况下的算例，便于标准使用者理解和验证计算过程。4技术难点与创新点4.1多导体系统的电磁耦合建模并联单芯电缆系统本质上是多导体传输线系统，各导体之间存在着复杂的电磁耦合关系。标准在建模过程中充分考虑了导体的集肤效应、邻近效应以及屏蔽层与导体之间的互感耦合等高频特性，将电磁场理论与电路分析方法有机结合，构建了能够准确反映物理实际的计算模型。该模型的创新之处在于以阻抗矩阵的形式统一描述了导体—屏蔽层—大地回路的完整电气关系，具有良好的扩展性和通用性。4.2复杂敷设条件的适应性实际工程中电缆敷设环境千差万别，包括直埋、排管、电缆沟、隧道等多种敷设方式；电缆排列有水平、垂直、三角形、疏排、紧排等多种布置。电缆之间的互阻抗受敷设间距、排列方式、土壤电阻率等因素的显著影响。标准在编制过程中充分考虑了各类典型工程场景，给予了差异化的参数计算方法和修正系数，体现出良好的工程适应性。4.3计算精度与工程适用性的平衡在保证计算精度的前提下，标准也兼顾了工程实际中的可操作性。对于初步设计阶段，标准允许采用简化方法或查表法进行估算；对于详细设计或运行评估阶段，则要求采用完整的解析计算方法。这种分级处理方式有效地满足了不同应用场景的需求，提升了标准的实用价值。4.4相比前一版标准的技术改进与IEC60287-1-3早期版本及IEC60287-1-2中的相关内容相比，2023版标准在以下方面实现了显著改进：1.建立了统一的阻抗矩阵计算框架，将不同的屏蔽层接地方式纳入同一数学模型进行处理，避免了以往分情况讨论带来的边界衔接困难；2.扩展了适用敷设方式范围，新增了对密集敷设和异形排列等复杂工况的适应性处理；3.引入了温度对屏蔽层电阻影响的修正方法，提高了高温工况下损耗计算精度；4.完善了算例库，提供了更多典型工程场景下的数值算例和应用指导。5标准实施意义与应用前景5.1对电缆设计与选型的指导价值IEC60287-1-3：2023的发布为电缆设计人员提供了统一的并联电缆电流分配计算工具。在工程设计阶段，设计人员可根据标准规定的方法对不同并联方案下的电流分配和循环电流损耗进行精确评估，从而优化电缆截面选择、敷设排列方案和屏蔽层接地设计。此举有助于避免因电流分配严重不均导致的电缆过载隐患，同时有效控制循环电流损耗水平。5.2对工程运维的支撑作用对于已投运的并联电缆线路，本标准提供的方法可用于：-评估现有线路在不同负荷水平下的电流分配情况；-判断各分支电缆的负载裕度，识别潜在的过载风险；-为线路增容改造、负荷转移提供定量分析依据；-优化接地方式变更方案，降低循环电流损耗，提高运行经济性。5.3对新能源与智能电网发展的促进在“双碳”目标驱动下，全球范围内新能源装机容量和并网规模快速扩大。风电、光伏等新能源的出力波动性使得电缆线路的负载工况更为复杂多变。并联电缆在非均匀负载条件下的电流分配特性直接关系到新能源输送通道的可靠性和经济性。本标准提供的精确计算方法，为新能源场站集电线路和送出工程的设计提供了有力的技术支持。5.4对标准体系完善的意义本标准的发布进一步完善了IEC60287标准体系，填补了并联电缆电流分配计算方法的空白，使IEC额定电流计算标准形成了从单回电缆到并联电缆、从基本方程到复杂场景全面覆盖的完整体系。这一进展对于提升国际电缆工程标准化水平、促进全球范围内的技术交流与经验共享具有重要的推动作用。6标准参与单位介绍6.1制定机构概况IEC60287-1-3：2023由国际电工委员会第20技术委员会（IECTC20——电力电缆）归口管理。IECTC20的秘书处长期由意大利电工委员会（CEI）承担。TC20负责电力电缆及其附件的标准化工作，涵盖电缆的结构要求、试验方法、额定电流计算及安装导则等各领域，是IEC中最活跃且具有广泛影响力的技术委员会之一。TC20下设多个工作组（WG）和项目组（PT），其中负责额定电流计算相关标准维护与修订的为WG15工作组。IEC60287-1-3：2023的修订工作即为WG15的重要项目之一。TC20/WG15汇集了来自全球主要电缆制造企业、电力公司、科研机构和高等院校的资深专家，在电缆热路建模、载流量计算、损耗分析和标准制定等领域具有深厚的理论造诣和丰富的工程实践经验。标准编制过程中广泛征求了各国国家委员会的意见，确保了标准的普适性和权威性。6.2中国参与情况中国作为IEC的正式成员，积极深度参与了IEC60287-1-3：2023的编制工作。中国专家在电缆运行经验数据积累、复杂敷设条件下计算方法的验证等方面贡献了大量有价值的成果，推动了标准内容更加完备。上海电缆研究所有限公司作为中国线缆行业权威科研机构，长期跟踪并参与IECTC20的标准化工作，在相关国家标准和行业标准的制修订中发挥了重要的技术支撑作用。中国电力科学研究院有限公司也在电缆载流量计算与试验验证方面开展了大量研究，为并联电缆电流分配方法的工程应用提供了有力的技术支撑。7结论与展望IEC60287-1-3：2023的发布是电缆额定电流计算领域的一项重要标准化成果。该标准系统性地解决了并联单芯电缆电流分配计算和循环电流损耗评估的方法问题，为工程设计、设备选型和运行维护提供了科学、统一的技术依据。标准的实施将有助于提高并联电缆线路的设计水平、运行可靠性和经济性，对全球电力行业的技术进步具有积极推动作用。展望未来，随着高电压等级直流电缆、超导电缆等新型电缆技术的不断成熟，并联运行场景将更趋多样化。持续跟踪IEC相关标准的更新动态，深化计算方法在新场景下的适用性研究，对于促进我国电缆标准化工作与国际接轨，具有重要意义。参考文献[1]IEC60287-1-3:2023,Electriccables—Calculationofthecurrentrating—Part1-3:Currentratingequations(100%loadfactor)andcalculationoflosses—Currentsharingbetweenparallelsingle-corecablesandcalculationofcirculatingcurrentlosses[S].Geneva:IEC,2023.[2]IEC60287-1-1:2023,Electriccables—Calculationofthecurrentrating—Part1-1:Currentratingequations(100%loadfactor)andcalculationoflosses—General[S].Geneva:IEC,2023.[3]IEC60287-2-1:2023,Electriccables—C