某机械厂变电所电气一次部分设计课程规划设计.doc

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1、+供配电技术课程设计报告题 目：某机械厂变电所电气一次部分设计 姓 名： * 学 号： * 班 级： * 专 业： * 指导教师： * 起止日期： 电气与自动化工程学院供配电技术课程设计评分表设计题目： 某机械厂变电所电气一次部分设计 班 级： * 学号： *姓名：*项 目评分比例得 分平时表现30%答 辩20%设计报告50%总成绩 指导老师： 年 月 日供配电技术课程设计任务书专业 电气工程及其自动化班级 1607131、1607132（电气技术方向）一、目的和要求供配电技术课程设计是该课程理论教学之后的一个集中性实践教学环节，要求学生在学习供配电技术基本知识的基础上，通过综合应用所学知识设

2、计一个具体任务的供配电一次系统。通过设计进一步巩固所学过的理论知识，熟悉供配电系统的基本构成和任务，了解常用电气设备的结构、原理、性能、用途，掌握中小型变电所电气一次部分设计的步骤和要求。了解变电所电气设计相关的国家标准、规程、规范以及电气主接线的绘制方法，学会查阅供配电设计手册、设备手册的方法，树立工程观念，培养分析和解决一般工程实际问题的能力。二、设计内容根据给定的设计任务完成供配电系统电气一次部分的设计（设计任务附后）。三、基本要求：（1）掌握供配电系统设计的方法、内容和步骤。（2）根据所给定设计任务，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，完成变配电系统电气一次部分的设计任务，写出设计

3、说明书。（3）具备计算机绘图能力，绘出供配电系统一次系统设计图样。（4）提交的设计报告内容充实、方案合理、图纸齐全。撰写格式符合相关要求。四、进度安排序号时间（天）课程设计内容1第1天熟悉课题、收集资料、讨论2第2天主接线设计，负荷计算、短路电流计算3第34天主要电气设备选择4第56天提交报告五、课程设计报告课程设计报告用纸一律采用A4纸。上下边距为2.2cm，左边距3.0cm（留装订线），右边距为2.0cm。设计报告封面必须统一。内容包括评分表、封面、目录、正文、收获、参考文献等（并按此顺序装订）。六、设计参考资料1 刘燕. 供配电技术 M. 北京：机械工业出版社，2016.2 任元会. 工

4、业与民用配电设计手册 M. 3版. 北京：中国电力出版社，2005.3 刘笙. 电气工程基础 M. 2版. 北京：科学出版社，2008.4 许继继电保护装置说明书 许继集团技术资料5 弋东方电气设计手册电气一次部分M北京：中国电力出版社，2002.6 刘宝林. 电气规程规范及标准大全 M. 北京：中国计划出版社，1991.7 余建明，同向前，苏文成. 供电技术 M. 4版. 北京：机械工业出版社，2008.8 翁双安. 供配电工程设计指导.北京：机械工业出版社，2012.9 中国机械工业联合会.供配电设计规范 S 北京：中国计划出版社 ，2010.10 刘介才主编. 工厂供电设计指导.北京：机

5、械工业出版社，199811 刘介才主编. 实用供配电技术手册.北京：中国水利水电出版社，200212 刘介才主编. 工厂供用电实用手册.北京：机械工业出版社，2001七、成绩评定课程设计成绩由平时表现、报告及设计答辩三个方面成绩组成，各部分所占比例分别为30%、50%、20%。按照学习与设计态度的认真性，知识理解掌握的深入程度，设计方案的正确性或合理性，图文的质量效果，是否独立完成，是否具有独立分析解决问题的能力和创新精神等综合考虑。设计题目1: 某机械厂变电所电气一次部分设计一、设计的基础资料1 全厂用电设备情况某厂为机械加工类生产厂，主要负荷是铸造车间、锻压车间、金工车间、工具车间、电镀车

6、间、热处理车间等十个车间的用电设备。用电设备的电压均为380V。本厂多数车间为三班制，年最大负荷利用小时为4600h，日最大负荷持续时间为6h。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。其负荷统计资料见表1。表1 全厂负荷统计资料厂房编号厂房名称负荷类别设备容量/kW需要系数Kd功率因数cos计 算 负 荷P30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A1铸造车间动力3000.300.70照明60.801.002锻压车间动力3500.300.65照明80.701.003金工车间动力7640.250.50照明171.001.004工具车间动力3600.300.60照明7

7、0.901.005电镀车间动力2500.500.80照明50.801.006热处理车间动力1500.600.80照明50.801.007装配车间动力1800.300.70照明60.801.008机修车间动力1600.200.65照明40.801.009锅炉房动力500.700.80照明10.801.0010仓库动力200.400.80照明10.801.00生活区照明3500.700.90合计29942 . 电源情况本厂拟由距其8公里处的某区域变电站接一回10kV架空线路进线供电，架空线路选用LGJ150，几何均距2m。区域变电站10kV出口短路容量为500MVA。供电部门对本厂的功率因数要求为

8、cos=0.9。二、设计任务及要求 （1）主接线设计：根据设计任务书，分析原始资料与数据，列出技术上可能实现的2个方案，经过概略分析比较，确定一个较优方案。并进行详细的负荷计算。 （2）短路电流计算：根据电气设备选择和继电保护的需要，确定短路计算点，计算三相短路电流，计算结果列出汇总表。 （3）主要电气设备选择：主要电气设备的选择包括断路器、隔离开关、互感器、导线截面和型号等等设备的选择及校验；选用设备型号、数量，汇成设备一览表。 三、设计成果 1 设计说明书2 设计图纸： 变电所电气主接线图；目 录1 绪论12 负荷计算及电容补偿22.1 确定用户设备组的设备容量及计算负荷22.2各车间的计

9、算负荷23变压器选择及主接线方案确定63.1主变压器台数选择63.2主变压器容量选择63.3主接线方案确定73.3.1变电所主接线方案的设计原则与要求73.3.2 工厂变电所常见的主接线方案73.3.3确定主接线方案84 短路电流的计算104.1 绘计算电路图104.2 确定短路电流104.3 计算各元件的电抗标幺值等104.4确定抗标幺值等124.5 列出短路计算表135 主要电气设备选择145.1变电站一次设备的选择与校验145.1.1 一次设备选择与校验的条件145.1.2 按正常工作条件选择145.1.3 按短路条件校验155.1.4 10kV侧一次设备的选择校验175.1.5 380

10、V侧一次设备的选择校验185.2高低压母线的选择196变电所进出线和低压电缆选择196.1 变电所进出线的选择范围196.2 变电所进出线方式的选择206.3 高压进线和低压出线的选择206.2.1 10kV高压进线的选择校验206.2.2 由高压母线至主变的引入电缆的选择校验206.2.3 380V低压出线的选择217.总结218 参考文献219 附录211 绪论变电站是电力系统的重要组成部分，是联系电厂和负荷用户的中间环节，是电网中线路的枢纽。如果工厂电能供应突然中断，就会对工业生产造成严重的不良后果。甚至可能发生重大的设备损坏或人员伤亡事故。因此，变电所保证工厂正常有序地供电，具有十分重

11、要的意义。本文以电力系统相关理论知识为基础，以工厂供电为指导，根据所给某机械制造厂的原始资料对其变电站的电气部分进行设计。本文共分为六大内容：1.负荷计算 机械厂变电所的负荷计算，是根据所提供的负荷情况进行的，本文列出了负荷计算表，得出总负荷。2.电容补偿按负荷计算求出总降压变电所的功率因数，通过查表或计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无功率。由手册或产品样本选用所需无功功率补偿柜的规格和数量。3.变压器选择根据电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所的有关因素，结合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器型号。4.短路电流计算工厂用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量，

12、皆可按无限大容量系统供电进行短路计算。求出各短路点的三相短路电流及相应有关参数。5.高、低压设备选择及校验参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值，选择高、低压配电设备，如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、互感器、开关柜等设备。并根据需要进行热稳定和力稳定检验，并列表表示。6.电缆的选择 为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，进行电缆截面选择时必须满足发热条件：电缆(包括母线)在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。 2 负荷计算及电容补偿2.1 确定用户设备组的设备容量及计算负荷300+6+350+8+764+

13、17+360+7+250+5+150+5+180+6+160+4+50+1+20+1+350=2994Kw（2-1）2.2各车间的计算负荷 1铸造车间的计算负荷=（0.3*300+6*0.8）=94.8kw （2-2）=（90*1.02+4.8*0）kvar=91.82kvar （2-3）=131.98kVA （2-4） （2-5）其余车间负荷计算过程与此相同，计算结果见表2-1 2 确定变电所变压器低压侧的计算负荷考虑到全厂负荷的同时系数（取）后，工厂变电所变压器低压侧的计算负荷为 （2-6） （2-7） （2-8） （2-9） （2-10） 变压器低压侧的功率因数较低，高压侧的功率因数肯定

14、不满足电力部门0.9的要求，因此要进行无功功率补偿。补偿电容器集中装设在变压器低压母线上。考虑到变压器的损耗，可设低压侧补偿后的功率因数为0.92。所需补偿电容器的容量为 （2-11）取 补偿后变压器低压侧 不变 （2-12） （2-13）3 确定变压所变压器高压侧的计算负荷 变压器的损耗 （2-14） （2-15） 变压器高压侧的计算负荷 （2-16） （2-17） （2-18） （2-19）4 高压电源进线端的计算负荷 变电所高压进线端采用LGJ-150，其线距为2m，长度为8km。由手册可查出该导线的，则 高压架空进线端的有功功率损耗为 （2-20） 高压架空进线端的无功功率损耗为 （2

15、-21）高压电源进线端的计算负荷为 （2-22） （2-23） （2-24） （2-25） （2-26） 满足要求高压电源进线端的计算负荷可以作为工厂向电力部门申请用电容量的依据。表2-1 全厂负荷统计资料厂房编号厂房名称负荷类别设备容量/kW需要系数Kd功率因数cos计 算 负 荷P30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A1铸造车间动力3000.300.7090.091.8128.56195.32照明60.801.004.804.807.292锻压车间动力3500.300.65105.0122.8161.57245.48照明80.701.005.605.608.513金工车间动力7

16、640.250.50191.0330.8381.98580.36照明171.001.0017.0017.0025.834工具车间动力3600.300.60108.0144180.00273.48照明70.901.006.306.309.575电镀车间动力2500.500.80125.093.8156.28237.44照明50.801.004.004.006.086热处理车间动力1500.600.8090.067.5112.50170.93照明50.801.004.004.006.087装配车间动力1800.300.7054.055.177.15117.22照明60.801.004.804.80

17、7.298机修车间动力1600.200.6532.037.449.2274.78照明40.801.003.203.204.869锅炉房动力500.700.803526.343.7866.52照明10.801.000.800.801.2210仓库动力200.400.808610.0015.19照明10.801.000.800.801.22生活区照明3500.700.90245.0118.7128.56195.32合计29941134.31094.21576.02394.6变压器低压侧（取)0.721020.9984.81418.52155.3补偿低压电容器总容量560补偿后变压器低压侧0.921

18、020.9424.8变压器损耗15.5766.29变压器高压侧1036.47491.091146.9266.29架空进线的功率损耗（取）25.338.0高压进线端0.901061.77529.091186.2968.53变压器选择及主接线方案确定3.1主变压器台数选择选择主变压器台数时应考虑下列原则：1应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一、二级负荷的变电所，应采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电。对只有二级而无一级负荷的变电所，也可以只采用一台变压器，但必须有备用电源。2对季节性负荷或昼夜负荷变动较大，适于采用经济运行方式的变电所，可

19、采用两台变压器。3当负荷集中且容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可以采用两台或多台变压器。4在确定变电所台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。3.2主变压器容量选择1只装一台主变压器的变电所 主变压器容量S应满足全部用电设备总计算负荷的需要，即 （3-1）2装有两台主变压器的变电所 每台变压器的容量SZ应同时满足以下两个条件：(1)任一台变压器单独运行时，应满足总计算负荷S3的大约60%70%的需要，即 （3-2）(2)任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要，即 （3-3）根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器可有下列两种方案：方案1 装设一台主变压器根据式

20、，主变选用一台接线方式为S11-1250/10型变压器，根据民用建筑规范要求变压器的负载率不宜大于85%，而显然满足要求。至于机械厂的二级负荷的备用电源，由与邻近单位相联的低压联络线来承担。因此装设一台主变压器时选一台接线方式为S11-16000/10型低损耗配电变压器。方案2 装设两台主变压器 （3-4） （3-5）因此选两台接线方式为Dyn11的S11-1000/10型低损耗配电变压器。两台变压器并列运行，互为备用。3.3主接线方案确定3.3.1变电所主接线方案的设计原则与要求变电所的主接线，应根据变电所在供电系统中的地位、进出线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足安全、可靠、灵

21、活和经济等要求。(1)安全 应符合有关国家标准和技术规范的要求，能充分保证人身和设备的安全。(2)可靠 应满足电力负荷特别是其中一、二级负荷对供电可靠性的要求。(3)灵活 应能必要的各种运行方式，便于切换操作和检修，且适应负荷的发展。(4)经济 在满足上述要求的前提下，尽量使主接线简单，投资少，运行费用低，并节约电能和有色金属消耗量。3.3.2 工厂变电所常见的主接线方案1.只装有一台主变压器的变电所主接线方案只装有一台主变压器的变电所，其高压侧一般采用无母线的接线，根据高压侧采用的开关电器不同，有三种比较典型的主接线方案：(1)高压侧采用隔离开关-熔断器或户外跌开式熔断器的主接线方案；(2)

22、高压侧采用负荷开关-熔断器或负荷型跌开式熔断器的主接线方案；(3)高压侧采用隔离开关-断路器的主接线方案。2.装有两台主变压器的变电所主接线方案装有两台主变压器的变电所的典型主接线方案有：(1)高压无母线、低压单母线分段的主接线方案；(2)高压采用单母线、低压单母线分段的主接线方案；(3)高低压侧均为单母线分段的主接线方案。3.3.3确定主接线方案1.10kV侧主接线方案的拟定由原始资料可知，高压侧进线有一条10kV的公用电源干线，为满足工厂二级负荷的要求，又采用与附近单位连接高压联络线的方式取得备用电源，因此，变电所高压侧有两条电源进线，一条工作，一条备用，同时为保证供电的可靠性和对扩建的适

23、应性所以10kV侧可采用单母线或单母线分段的方案。2.380V侧主接线方案的拟定由原始资料可知，工厂用电部门较多，为保证供电的可靠性和灵活性可采用单母线或单母线分段接线的方案，对电能进行汇集，使每一个用电部门都可以方便地获得电能。3.方案确定根据前面章节的计算，若主变采用一台S11型变压器时，总进线为一路路。为提高供电系统的可靠性，低压一侧需加入备用电源。若主变采用两台S11型变压器时，总进线为两路，但若电源出现故障，两台主变均无法使用，可靠性较低。表3-1 两种主接线方案的比较比较项目装设一台主变加备用电源的方案装设两台主变的方案技术指标供电安全性满足要求满足要求供电可靠性基本满足要求单电源

24、供电，可靠性差供电质量由于一台主变，电压损耗略大由于两台主变并列，电压损耗略小灵活方便性接有备用电源，灵活性好由于有两台主变，灵活性较好扩建适应性差一些更好经济指标电力变压器的综合投资额按单台8.8万元计，综合投资为28.8=17.6万元按单台6.8850万元计，综合投资为46.8850=27.54万元电力变压器和高压开关柜的年运行费主变和高压开关柜的折旧和维修管理费约7万元主变和高压开关柜的折旧和维修管理费约10万元交供电部门的一次性供电贴费按800元/KVA计，贴费为12500.08万元=100万元贴费为28000.08=128万元从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案优于装

25、设一台主变的方案。从经济指标来看，装设一台主变的方案优于装设两台主变的方案。由于二级负荷较小，从技术指标考虑，采用于装设一台主变加备用电源的方案。4 短路电流的计算4.1 绘计算电路图根据变电所主接线图绘出计算电路图，将短路计算中需计入的各元件的额定参数都表示出来，并将各个元件依次编号。如图4-1所示。图4-1 短路计算电路4.2 确定短路电流在短路计算中，短路计算点应选择在可能产生最大短路电流的地方。一般来说。高压侧选择在高压母线位置；低压侧选择在母线位置；系统中装有限流电抗器时，应选择在电抗器之后，如图4-1中的k-1及k-2点。4.3 计算各元件的电抗标幺值等(1) 设定基准容量和基准电

26、压，计算短路点基准电流。设=100MVA，=，即高压侧=10.5kV,低压侧=0.4kV,则 (4-1) (4-2)(2)计算短路电路中各元件的电抗标幺值1）电力系统的电抗标幺值 (4-3)式中 电力系统出口断路器的断流容量2）架空线路的电抗标幺值，查得LGJ-150的单位电抗，而线路长8km,故 (4-4)3）电力变压器的电抗标幺值，查得S11-1000的短路电压=4.5，故 (4-5) (4-6)绘制等效电路图，如图4-2所示：图4-2 短路等效电路图4.4确定抗标幺值等(1)求k-1点的短路回路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量1）总阻抗标幺值 (4-7)2）三相短路电流周期分量有效值

27、 (4-8)3）其他三相短路电流=1.96kA (4-9)=2.55=2.551.96kA=5.0kA (4-10)=1.51=1.511.96kA=2.96kA (4-11)4）三相短路容量 (4-12)5） 两相短路电流=1.70kA (4-13)=0.866=4.33kA (4-14)=0.886=2.56kA (4-15)（2）求k-2点的短路回路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量1）总阻抗标幺值 (4-16)2）三相短路电流周期分量有效值 (4-17)3）其他三相短路电流=19.7kA (4-18) =1.84=1.8419.7kA=36.25kA (4-19)=1.09=1.09

28、19.7kA=21.47kA (4-20)4）三相短路容量 (4-21)5）两相短路电流=24.65kA (4-22)=0.866=31.4kA (4-23)=0.886=19.02kA( 4-24)4.5 列出短路计算表短路电流计算结果见表4-1；表4-1 并列运行时短路电流计算结果短路计算点三相短路电流/KA两相短路电流/KA三相短路容量/ K-1点1.961.961.965.02.961.74.332.5635.7K-2点19.719.719.736.2521.4724.6531.419.0213.75 主要电气设备选择5.1变电站一次设备的选择与校验正确地选择设备是使电气主接线和配电装

29、置达到安全、经济的重要条件。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。电气设备的选择同时必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。5.1.1 一次设备选择与校验的条件为了保证一次设备安全可靠地运行，必须按下列条件选择和校验：(1) 按正常工作条件，包括电压、电流、频率、开断电流等选择。(2) 按短路条件，包括动稳定和热稳定来校验。(3) 考虑电气设备运行的环境条件和温度、湿度、海拔以及有无防尘、防腐、防火、防爆等要求。5.

30、1.2 按正常工作条件选择1.按工作电压选择 设备的额定电压不应小于所在线路的额定电压，即 (5-1)2.按工作电流选择设备的额定电流不应小于所在电路的计算电流，即 (5-2)3.按断流能力选择设备的额定开断电流或断流容量不应小于设备分断瞬间的短路电流有效值或短路容量，即 (5-3)或 (5-4)5.1.3 按短路条件校验短路条件校验，就是校验电器和导体在短路时的动稳定和热稳定。1.隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验(1)动稳定校验条件 (5-5)或 (5-6)式中 、开关的极限通过电流（动稳定电流）峰值和有效值（单位为KA）；、开关所在处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值（单位为KA）

31、。(2)热稳定校验条件 (5-7)式中 开关的热稳定电流有效值（单位为KA）； 开关的热稳定试验时间（单位为s）；开关所在处的三相短路稳态电流（单位为KA）；短路发热假想时间（单位为s）。2.电流互感器的短路稳定度校验(1)动稳定校验条件 (5-8)或 (5-9)式中 电流互感器的动稳定电流（单位为KA）；电流互感器的动稳定倍数（对）；电流互感器的额定一次电流（单位为A）。热稳定校验条件 (5-10)或 (5-11)式中 电流互感器的热稳定电流（单位为KA）；电流互感器的热稳定试验时间，一般取1s；电流互感器的热稳定倍数（对）。5.1.4 10kV侧一次设备的选择校验表5-1 10kV侧一次设

32、备的选择校验选择交验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度装置地点条件参数数据10kV67.6A1.96kA5.0kA一10kv一次设备型号参数额定参数高压真空断路器CV2-10/63010kV630A16kA40kA高压熔断器XRNP3-12/125-5012kV0.5A50kA电压互感器JDZX12-10KV电流互感器LZZBJ12-10A10kV100/5A10KV8031.5高压隔离开关GN19-12/630A12KV630A开关柜KYN28A-245.1.5 380V侧一次设备的选择校验表5-2 380V侧一次设备的选择校验选择交验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度装置地点条件参数数

33、据380V总2155A28.46kA52.37kA一380kv次设备型号参数额定参数万能式断路器CW2-2500400V2500A60kA塑料外壳式断路器CM2-630L400V630A塑料外壳式断路器CM2-400L400V315A塑料外壳式断路器CM2-225L400V140A200A225A塑料外壳式断路器CM2-125L400V20A80A100A电流互感器LZZBJ12-10A3000/5A800/5A,500/5A300/5A,200/5A150/5A,100/5A75/5A，20/5A电容器(共14组， 共补8组，分补6组）BSMJ0.4-40-35.2高低压母线的选择根据计算电

34、流和GB5005394 10kV 及以下变电所设计规范中的规定，10kV母线选择TMY-3(10010)+1(606)型母线，即相母线尺寸均为40mm4mm，中性母线尺寸为60mm6mm；380V母线选择LMY-3 (8010)+ 808型母线，即相母线尺寸为80mm10mm,中性母线尺寸为80mm8mm。6变电所进出线和低压电缆选择6.1 变电所进出线的选择范围1.高压进线(1)如为专用线路，应选专用线路的全长。(2)如从公共干线引至变电站，则仅选从公共干线到变电站的一段引出线。(3)对于靠墙安装的高压开关柜，柜下进线时一般须经电缆引入，因此架空进线至变电站高压侧，往往需选一段引入电缆。2.

35、高压出线(1)对于全线一致的架空出线或电缆出线，应选线路的全长。(2)如经一段电缆从高压开关柜引出再架空配电的线路，则变电站高压出线的选择只选这一段引出电缆，而架空配电线路在厂区配电线路的设计中考虑。3.低压出线(1)如采用电缆配电，应选线路的全长。(2)如经一段穿管绝缘导线引出，再架空配电线路，则变电站低压出线的选择只选这一段引出的穿管绝缘导线，而架空配电线路则在厂区配电线路或车间配电线路的设计中考虑。6.2 变电所进出线方式的选择1.架空线。在供电可靠性要求不很高或投资较少的中小型工厂供电设计中优先选用。2.电缆。在供电可靠性要求较高或投资较高的各类工厂供电设计中优先选用。6.3 高压进线和低压出线的选择6.2.1 10kV高压进线的选择校验采用LGJ型钢芯铝绞线架空敷设，接往10kV公用电源干线。(1)按发热条件选择。由线路最大负荷时的计算电流及室外环境温度25，选择LGJ-150