معنى MVA في الكهرباء

توجد العديد من الاختصارات الكهربائية ومن بين هذه الاختصارات MVA. ومع ذلك، قلة من الناس يعرفون المعنى الدقيق للاختصار قبل قراءة لوحة اسم المحول؛ الميجافولت-أمبير (MVA) والذي يمثل “القدرة الظاهرة” ويرتبط بإجمالي القدرة أو حجم الدائرة الكهربائية أو النظام بغض النظر عن قدرته على أداء أي عمل مفيد (أي أن القدرة الحقيقية تُشار إليها بـ MW). بشكل عام، هناك نوعان من القدرة يتم تعريفهما حسب سعة المحول: القدرة الحقيقية والقدرة “الظاهرة” التي توصف بوحدة MVA. يشير استخدام الاختصار MVA إلى قياس تطور سعة المحول من حيث أداء الحمل الكهربائي الذي يتطلب MW، في حين يمكن أيضًا استخدام MVA في قياس سعة المحول. ستساعد هذه المقالة على توضيح معنى MVA وكيفية التمييز بينها وبين kVA و MW و kW، وحساب هذا المؤشر، ومعرفة القيم التي يمكن تطبيقها في ممارسات المحولات.

يشير مصطلح ‘MVA’ إلى وحدة قياس القدرة الظاهرة حيث يساوي واحد MVA مليون فولت-أمبير (V*A) أو مليون فولت مقسوم على ألف كيلو فولت-أمبير (kVA). القدرة الظاهرة، التي يرمز لها بـ ‘S’ أو مصطلح ضرب الفولت/الأمبير (V*A)، هي حاصل ضرب الجهد والتيار في الدائرة. تُعطى القدرة الظاهرة لكل من الدوائر أحادية الطور وثلاثية الطور كما يلي: للدائرة أحادية الطور، ‘S’ = V * I، وللدوائر ثلاثية الطور ‘S’ = √3 (V)(I) (جهد الخط (V) وتيار الخط (I)). تتكون القدرة الظاهرة في الدائرة من القدرة القابلة للاستخدام وغير القابلة للاستخدام في الدائرة. لحساب القدرة القابلة للاستخدام (القدرة الفعالة) (MW)، يجب ضرب القدرة الظاهرة في معامل القدرة (PF) حيث يُعبر عن معامل القدرة بالقيمة العشرية أو النسبة المئوية التي تظهر نسبة القدرة الفعلية المنتجة من الدائرة.

ما معنى MVA

يمكن تفكيك الاختصارات بسهولة. الحرف الكبير M يمثل الرمز الدولي القياسي ميغا، والذي يعني مليون. VA هو اختصار لفولت-أمبير، والذي يشير إلى وحدة القدرة الظاهرة المشتقة من حاصل ضرب الجهد بالفولت والتيار بالأمبير. وبالتالي، فإن 1 MVA تعني 1,000,000 فولت-أمبير، مما يعني إذا كانت الدائرة تعمل بتيار 1,000 أمبير عند جهد 1,000 فولت، فإن قدرتها تساوي 1 MVA.

يُكتب اسم الوحدة بنفس طريقة kW و MW، مما له مزاياه، لكنه قد يسبب بعض الالتباس أيضًا. على الرغم من أن الأجهزة المعنية موسومة بـ 10 MVA للمحول و 10 MW للمولد، إلا أنها ليست أجهزة متشابهة؛ الأول يشير إلى القدرة الظاهرة، والثاني يشير إلى القدرة الحقيقية. الحالة الوحيدة التي تشير فيها الرقمان إلى نفس الجهاز هي عندما يكون عامل القدرة مساويًا لـ 1، وهو أمر لا يحدث عمليًا.

يُستخدم MVA بشكل رئيسي في الأجهزة ذات القدرة العالية. على سبيل المثال، تُقاس الأجهزة المنزلية والتجارية الصغيرة عادةً بوحدة kVA أو الأمبير؛ بينما تُقاس الأجهزة الصناعية والمرافق بوحدة MVA لأن الأرقام كبيرة بما يكفي لجعل kVA غير عملي. لا يوجد حد أدنى للوحدة، حيث أن 0.5 MVA هو حجم نموذجي لمحول متوسط الحجم، مما يجعله قيمة صالحة تمامًا. لكن الاتفاقية هي أن MVA تُستخدم فقط للمعدات الكبيرة.

لماذا توجد القدرة الظاهرة

السبب في أن الهندسة الكهربائية تتطلب قياسًا غير الواط هو أن الأجهزة لها قيود مستقلة عن العمل الإنتاجي.

تحدد سعة المحول بواسطة حدين فيزيائيين. عزل اللفائف قادر على تحمل جهد معين قبل أن يتلف؛ وبالتالي يتم تحديد حد الجهد. يمكن للفائفه ونواته إزالة كمية محددة من الحرارة قبل أن تتجاوز درجة حرارة العزل حد المواد؛ لذلك تم تحديد حد التيار. لا يأخذ أي من الحدين في الاعتبار ما إذا كان التيار متزامنًا مع الجهد أم لا. يولد المحول الذي يحمل 1000 أمبير عند 400 فولت نفس الحرارة في لفائفه سواء كان الحمل سخانًا مقاومًا بمعامل قدرة 1 أو المحرك بدون حمل بمعامل قدرة 0.3.

هذا هو السبب بالضبط في التعبير عن سعة هذه الأجهزة كحاصل ضرب الجهد والتيار — القدرة الظاهرة — وليس القدرة الحقيقية. إذا كانت المحولات تقاس بالميغاوات، كان على الجهاز أن يوفر تقييمات مختلفة لكل معامل قدرة؛ وبالتالي، ستكون لوحة الاسم عديمة الفائدة دون معرفة الحمل. قياس المحولات بالميغا فولت-أمبير أو كيلو فولت-أمبير يجعل الرقم ملكًا للجهاز.

يمكن تطبيق هذا المنطق أيضًا على الكابلات، ومفاتيح التبديل، والمولدات، وأنظمة UPS. جميع هذه الأجهزة محدودة بالحدود الحرارية وإجهاد العزل؛ لذلك، يتم التعبير عن جميعها بوحدة فولت-أمبير أو مضاعفاتها. عندما يطلب المشتري محولًا بسعة 2 ميغا فولت-أمبير، فهذا يعني أن قدرته الظاهرة هي القدرة التي سيقدمها الجهاز باستمرار ضمن حدود درجة الحرارة عند الجهد المقنن.

تخدم الوحدة أيضًا كلغة مشتركة عبر مستويات الجهد، ولهذا تظهر في حسابات الأعطال وتنسيق الحماية. كيف يتم فصل فئات الجهد عمليًا، ولماذا يبدو الجهاز المصنف بالميغا فولت-أمبير عند مستوى معين مختلفًا تمامًا عن نظيره عند مستوى آخر، يتم تغطيته في التمييز بين التركيبات ذات الجهد العالي والجهد المنخفض.

مقارنة بين MVA و kVA و MW و kW و MVAR

تمثل خمس وحدات مختلفة القدرة الكهربائية، وتعكس “الاختلافات” بينها الفرق بين المكونات الثلاثة لمثلث القدرة المشار إليه هنا.

الوحدة	الكمية	الرمز	الصيغة	ما تصفه
ميغا فولت أمبير / كيلو فولت أمبير / فولت أمبير	القدرة الظاهرة	S	√3 × فولت_L × أمبير_L (ثلاثي الطور)	إجمالي تحميل الفولت-أمبير؛ يحدد تصنيف الجهاز
ميغا واط / كيلو واط / واط	القدرة الحقيقية	P	القدرة الظاهرة × جيب تمام الزاوية φ	القدرة التي تقوم بعمل مفيد ويتم فوترة استهلاكها
ميغا فولت أمبير تفاعلي / كيلو فولت أمبير تفاعلي / فولت أمبير تفاعلي	القدرة التفاعلية	Q	القدرة الظاهرة × جيب الزاوية φ	القدرة التي تتدفق في المجالات المغناطيسية والكهربائية
معامل القدرة	النسبة	PF أو cosφ	القدرة الفعلية / القدرة الظاهرة	مقدار القدرة الظاهرة المفيدة؛ من 0 إلى 1

يتم تحديد العلاقة بين الكميات الفيزيائية الثلاث بواسطة علاقاتها الهندسية؛ وبالتالي، تشكل مثلثًا قائم الزاوية مع تمثيل القدرة الظاهرة بالوتر في الشكل الهندسي، لذا يمكن تأسيس العلاقة S2 = P2 + Q2. توضح هذه الصيغة معظم الشكوك المتعلقة بتفسير هذه الوحدات: MVA هو الوتر، بينما MW و MVAR يشكلان أضلاع المثلث؛ والزاوية بينهما تعرف بمعامل القدرة.

نوع الحمل	معامل القدرة النموذجي	1 ميغا فولت-أمبير يوفر	ملاحظات
التسخين المقاوم	1.00	00 ميغاوات	الحد الأقصى النظري؛ نادراً ما يتحقق في الممارسة
المحركات الحديثة مع التصحيح	0.90-0.95	90-0.95 ميجاوات	الممارسة الصناعية الجيدة النموذجية
المحركات الحثية غير المصححة	0.75-0.85	75-0.85 ميجاوات	القدرة التفاعلية هي سعة مهدرة من وجهة نظر المشغل
المحركات واللحامات ذات الحمل الخفيف	0.30-0.60	30-0.60 ميجاوات	سوء استغلال تصنيف المعدات
المقومات والمحركات بدون ترشيح	0.60-0.80	60-0.80 ميجاوات	قد يكون هناك أيضًا تشويه توافقي

نتيجة لوجود علاقة ثابتة بين هذه الوحدات، يمثل معامل القدرة مسألة سعة أكثر من كونه مسألة فواتير. وبالتالي، إذا تغير معامل القدرة من 0.75 إلى 0.95، فسيحدث زيادة في القدرة الحقيقية المنقولة عبر نفس MVA من الأجهزة بحوالي 25 بالمائة، مما يعني أحيانًا أنه لن يكون هناك حاجة للاستثمار في معدات إضافية.

يميل القراء الذين يعملون بشكل أساسي مع التركيبات الصغيرة إلى مواجهة نفس العلاقات المعبر عنها بالواط والأمبير بدلاً من MVA، والعمليات الحسابية متطابقة — نفس علاقة الجهد-التيار-القدرة ولكن بمقياس أصغر، كما في حساب القدرة بالواط على دائرة 15 أمبير.

كيفية حساب MVA

هناك أربعة حسابات تتعامل مع معظم الحالات العملية.

أولاً، من الجهد والتيار (دائرة ثلاثية الطور). S = √3 × VL × IL حيث يكون كل من الجهد والتيار في قيم الخط. لدائرة ثلاثية الطور بجهد 400 فولت مع تيار حمل 500 أمبير، S = 1.732 × 400 × 500 = 346,410 فولت أمبير أو حوالي 0.346 MVA.
ثانياً، من الجهد والتيار (دائرة أحادية الطور). S = V × I. لدائرة أحادية الطور بجهد 230 فولت مع تيار حمل 100 أمبير، S = 23,000 فولت أمبير أو 0.023 MVA.
ثالثاً، من القدرة الحقيقية وعامل القدرة. S = P ÷ cosφ. لمحطة طاقة بقدرة خرج 4 ميجاوات مع عامل قدرة 0.8، S = 4 ÷ 0.8 = 5 MVA. ومع ذلك، إذا تم تصحيح عامل القدرة إلى 0.95، فإن S تصبح فقط 4.21 MVA حيث أن هذا الفرق الطفيف عادة ما يحدد ما إذا كان يمكن لمحول واحد قبول الحمل الجديد أو يجب استبداله.
أخيراً، من kVA. MVA = kVA ÷ 1,000. يتم إجراء هذا التحويل بشكل متكرر عند مقارنة محول بقيمة 750 kVA مع نظيره الأكبر بقيمة 1.5 MVA.

هناك تحسينان مهمان في الحسابات الفعلية. أولاً، القدرة الظاهرة للحمل تكون أكبر بكثير من مجموع العناصر اليومية البسيط بسبب استهلاك المحركات لتيار مغناطيسي ثقيل أثناء بدء التشغيل، علاوة على ذلك، لا تتطابق الأحمال أبداً مع عوامل التنوع الخاصة بها بالكامل. ثانياً، يجب أن تضع في اعتبارك أن تصنيفات المحولات تُنتج لفئات تبريد معينة ودرجة حرارة محيطة: محول بقوة 20 MVA مع نظام تبريد واحد قد يكون له تصنيف 30 MVA مع التبريد القسري.

نطاقات MVA للمحولات

يمكن تصنيف تصنيفات المحولات إلى فئات مميزة، ومعرفة الفئة التي ينتمي إليها المشروع توفر الكثير من المعلومات حول أوقات التسليم، وطريقة الشراء، والتسعير قبل تقديم العرض.

الفئة	نطاق MVA النموذجي	الجهد النموذجي	التطبيق
التوزيع الصغير	025-0.5 MVA	11-33 ك.ف / 400 فولت	وحدات مركبة على أعمدة أو قواعد تخدم عددًا قليلاً من المباني
التوزيع	5-5 MVA	11-33 ك.ف / 400-690 فولت	الإمداد التجاري والصناعي الخفيف، المباني الأكبر
القدرة المتوسطة	5-30 ميجا فولت أمبير	33-132 ك.ف	المصانع الصناعية، المحطات الفرعية، المولدات الصغيرة
القدرة الكبيرة	30-100 ميجا فولت أمبير	132-275 ك.ف	محطات النقل الفرعية، وصلات التوليد الكبيرة
قدرة الشبكة	100-1,000+ ميجا فولت أمبير	275-765 ك.ف	النقل بالجملة، وحدات رفع الجهد للمولدات

بما أن MVA تقيس القدرة الظاهرة، فإنه يتبع أن القدرة الفعلية لمحول أقل من تصنيف MVA. خرج محول بقيمة 5 MVA يعمل عند عامل قدرة 0.85 سيكون مساويًا لـ 4.25 ميجاوات، مع بقاء 0.75 MVAR فقط يتم تداولها دون المساهمة في العمل. لذلك، عند تحديد حجم المحول لمتطلبات قدرة حقيقية معينة، يقوم المصممون بقسمة هذه القيمة على عامل القدرة المفترض مع وضع هامش أمان للسماح بزيادة الحمل في المستقبل، ولا يُعامل رقم MVA كتصنيف خرج.

عامل الحجم يقترن بالممانعة، نسبة الجهد، فئة التبريد، ونطاق التوصيل عند النظر في المعايير التي تهم عند شراء محول، لكن كيفية تفاعل هذه المعايير، خاصة من حيث كيفية تأثير نسبة الممانعة على السعة وتنظيم الجهد، تقع ضمن فئة المواصفات بدلاً من خصائص لوحة الاسم. غالبًا ما تحتاج التركيبات على نطاق المؤسسات إلى النظر إليها كهيكل توزيع كامل بدلاً من مجموعة من الآلات الفردية، ويتم توضيح اعتبارات التصميم المعنية في كيفية تخطيط أنظمة التوزيع للعمليات واسعة النطاق.

MVA ومستوى العطل

تطبيق آخر مهم لـ MVA في الكهرباء هو حساب مستوى العطل، أو القدرة التي يمكن للنظام توفيرها لدائرة قصر. الصيغة هي كما يلي.

Fault MVA = √3 × VL (in kV) × Isc (in kA)

For example, a 400 Volt network with a potential short circuit current of 25 kA has a fault level of 1.732 × 0.4 × 25 = 17.3 MVA. If we applied the same logic for 11 kV and 20 kA we would get 381 MVA. This is more than just theory since every piece of switchgear and protective equipment being installed must have an interrupting or withstand rating at least equal to the fault level at its connection point. Otherwise, a device that is not able to interrupt the fault current can be burned down rather than functioning properly. This is one of the reasons why the interrupting capacity is shown on the nameplate of every circuit breaker.

It is worth noting that the fault level is increasing along with the network expansion. The more transformers are being added in parallel, the more generation sources are connected and the higher short circuit capacity of supply is increased. All these factors make it possible for the network to have an elevated fault current even if its electric equipment remained unchanged over time.

Where a device must interrupt very large fault currents at low voltage, the answer is a purpose-built breaker rather than a larger version of a moulded-case device, and the construction differences are visible in the equipment — the HUW9 690 V 6300 A air circuit breaker is an example of how frame size, arc control and current-carrying capacity scale together when the duty is measured in hundreds of thousands of amperes of prospective fault current.

MVA in Generation and Transmission

Generators are also rated in MVA because of the same reason. The limits of the generator are set due to winding current and insulation voltage. The nameplate of the generator usually gives both the figures; for instance, it can state 150 MVA at a power factor of 0.8, producing 120 M. The MVA figure will determine the size of the unit and connection equipment while the MW figure will show what the plant can actually sell.

This rating system gives rise to a common misunderstanding. The generation capacity of “100MW” will result in the necessity of much more than 100 MVA of transformers and switchgears’ capacity because all the units, the generator itself, step-up transformer, generator circuit breaker, and connecting wires are calculated using apparent power methods.320MW will have a few constraints in terms of MVA as at 0.8 power factor it will require 125 MVA which results in a situation when designing according to MW values while applying MVA figures leads to very expensive and time-consuming adjustments in project implementation.

Transmission system utilizes MVA for determining the capacity of the transmission system; while grid connection agreements state capacity in both MVA and MW as well as power factor that should be established throughout generation. Exceeding MVA limits and working outside agreed interval of power factor values can lead to additional penalties thus making manufacturers and big consumers to monitor both values.

Using MVA in Procurement

There are four actionable steps that turn the definition into workable specification.

Use apparent power instead of real power. The transformer is to be rated according to the apparent power needed by the load; this means dividing the expected real power by the expected power factor and allowing the margin. The method of calculating on the basis of kW alone will lead to constant under-rating of the equipment.
Define the power factor used in the calculation. Different quotations for the same “5 MVA” transformer may involve different load power factors leading to varied real power. This assumption should be mentioned in the specification.
State effective power rating basis. The transformer that is rated for 20 MVA when used in natural cooling with the same unit rated differently when forced cooling is applied. Identify the cooling class and ambient temperature.
Check the fault level at the connection point. The interrupting capacity of all equipment used in service must be of the equivalent value or more than the fault MVA based on the utility’s short circuit liability. Devices that carry the appropriate rating do so under a recognised certification scheme, and the basis on which a breaker is approved is set out in the requirements behind UL 489 certification.

الأسئلة الشائعة

What is MVA electrical?

MVA, or megavolt-ampere, is a measurement of apparent power described in terms of 1 million volt-amperes, or 1000 kVA. The calculation for this value is based on voltage and current, or the formula used for MVA is √3 x line voltage x line current in case of three-phase circuits. The indication of MVA is given for transformers, generators, cable, and switchgears since the maximum capacity of these devices is determined by value of insulation voltage and heating of windings which depend on current without taking into consideration the phase of current and voltage. MVA is used for short-circuit fault level as well.

What is a 2.5 MVA transformer?

It is a transformer which has a power of 2.5 megavolt-amperes of apparent power. This is the type of equipment that is usually used for industrial and commercial purposes, transforming a high voltage of 11 kV or 33 kV to a low one of about 400 V or 690 V. The transformer has a real power value that is lower than the value given in MVA — at a power factor equal to 0.85, this transformer can supply 2.1 MW of power with the rest of the power being reactive one. Its dimensions, mass and cooling system follow from its power. Thus, a 2.5 MVA transformer is quite a device that has its lead time and installation cost high.

What is kVA and MVA?

Both are the units of apparent power, and they differ only by a factor of a thousand; that is 1 MVA = 1,000 kVA. According to a general practice, kVA is used in case of smaller devices like distribution transformers, generators under a megawatt, uninterruptible power supply, and some time contracted capacity of an individual supply, where MVA is used as the amount grows large in case of substation transformers, generator step-up units and fault levels. The conversion is only a matter of moving the decimal, which suggests direct comparison once the scale is known.

What’s the difference between MW and MVA?

MW indicates the actual power, which makes contribution to useful work, which is calculated and charged to the customer. MVA determines the apparent power or the total volt-ampere loading of the circuit. The two are connected through the power factor MW=power factor*MVA. For instance, if a transformer of 10MVA of power factor 0.9 is used, it would provide 9MW. However, in the same scenario with the power factor 0.7 the transformer would provide only 7MW of the load. This means that enhancing the power factor will enable providing more real power by the same equipment making power factor correction a capacity improvement and a cost-saving factor.

المراجع

الخلاصة

A megavolt-ampere (abbreviated MVA) is implicated in electrical power systems as a unit of measurement for power. MVA denotes the product of voltage and current denoting electrical power to a given electrical technology or equipment. The special status enjoyed by this unit in the industry is stimulated by the constraining connection between its value and the electrical devices being based on insulation temperature and insulation voltage because they remain unaffected by the angle of lagging between the current and the voltage. That is why all energy equipment in a power system is usually rated in MVA and also kVA, and the energy output in the system is presented in terms of MW or kW. MVA is applied in three major ways: for the calculation of transformer size (delivery transformers being rated at not more than 0.025 MVA, while utility transformers can exceed 1,000 MVA), as part of the formula for calculating the fault in the system (calculation of fault in a given network is the Square Root of 3 times kV times kA), that is why application of MVA is important in order to understand capacity of the devices influencing the network.