Significado de MVA en Eléctrico

Existen varias abreviaturas eléctricas y una de ellas es MVA. Sin embargo, pocas personas conocen el significado exacto de la abreviatura antes de leer la placa del transformador; megavoltio-amperio (MVA) que es la “potencia aparente” se relaciona con la potencia total o tamaño del circuito o sistema eléctrico independientemente de su capacidad para realizar algún trabajo útil (es decir, la potencia real se denomina MW). En general, existen dos tipos de potencia definidos por la capacidad del transformador: Potencia Real y la llamada potencia “aparente” que se describe en MVA. El uso de la abreviatura MVA se refiere a medir el desarrollo de la capacidad del transformador en términos del rendimiento de la carga eléctrica que requiere MW, mientras que MVA también puede usarse para medir la capacidad del transformador. Este artículo ayudará a aclarar el significado de MVA y cómo distinguirlo de kVA, MW y kW, calcular este indicador, aprender qué valores de MVA pueden aplicarse en la práctica de transformadores.

El término ‘MVA’ representa una unidad de medida de potencia aparente donde un MVA equivale a un millón de voltios-amperios (V*A) o un millón de voltios dividido por mil kilovoltios-amperios (kVA). La potencia aparente, que se denota con ‘S’ o el término multiplicación voltio/amperio (V*A), es el producto del voltaje y la corriente en el circuito. La potencia aparente para circuitos monofásicos y trifásicos se expresa de la siguiente manera: para monofásicos, ‘S’=V*I para un circuito monofásico y ‘S’=√3(V)(I) para circuitos trifásicos (voltaje de línea (V) y corriente de línea (I)). La potencia aparente en un circuito comprende tanto la potencia utilizable como la no utilizable en el circuito. Para calcular la potencia utilizable (activa) (MW), la potencia aparente debe multiplicarse por el Factor de Potencia (FP) donde el factor de potencia se expresa en términos decimales o porcentuales mostrando la perspectiva de la potencia real producida por el circuito.

Qué significa MVA

Las abreviaturas se desglosan fácilmente. La letra mayúscula M representa el símbolo internacional estándar mega, que significa un millón. VA es la abreviatura de volt-amperio, que se refiere a una unidad de potencia aparente derivada del producto del voltaje en voltios y la corriente en amperios. Por lo tanto, un MVA significa 1,000,000 volt-amperios, lo que quiere decir que si un circuito maneja 1,000 amperios a 1,000 voltios, tiene una potencia igual a 1 MVA.

El nombre de la unidad se escribe de la misma manera que kW y MW, lo que tiene sus ventajas, pero también puede generar confusión. Aunque las máquinas en cuestión estén marcadas como 10 MVA para un transformador y 10 MW para un generador, no son dispositivos similares; el primero indica la potencia aparente y el segundo indica la potencia real. La única situación en la que ambos números indicarían la misma máquina es cuando el factor de potencia es igual a 1, lo cual prácticamente no ocurre.

MVA se usa principalmente en dispositivos de alta potencia. Por ejemplo, los dispositivos domésticos y comerciales pequeños generalmente se miden en kVA o amperios; los dispositivos industriales y de servicios públicos se miden en MVA ya que los números son lo suficientemente grandes como para hacer que kVA sea poco práctico. Tampoco existe un límite inferior para la unidad, siendo 0.5 MVA un tamaño típico para un transformador de tamaño medio, lo que lo convierte en un valor perfectamente válido. Pero la convención es que MVA se use solo para equipos grandes.

Por qué existe la potencia aparente

La razón por la que la ingeniería eléctrica requiere una medida distinta a los vatios es porque los dispositivos tienen limitaciones que son independientes del trabajo productivo.

La capacidad de un transformador está dictada por dos limitaciones físicas. Su aislamiento de bobinado puede soportar un voltaje específico antes de fallar; por lo tanto, se determina la limitación de voltaje. Sus bobinados y núcleo pueden disipar una cantidad definida de calor antes de que la temperatura de su aislamiento supere el límite de los materiales; por lo tanto, se establece la limitación de corriente. Ninguna de las limitaciones toma en cuenta si la corriente está en fase o no con el voltaje. Un transformador que transporta 1000 A a 400 V genera el mismo calor en sus bobinados ya sea que la carga sea un calentador resistivo con un factor de potencia de 1 o un motor sin carga con un factor de potencia de 0.3.

Esta es exactamente la razón por la cual la capacidad de estos dispositivos se expresa como el producto de voltaje y corriente — potencia aparente — y no potencia real. Si los transformadores se midieran en MW, el dispositivo tendría que proporcionar diferentes clasificaciones para cada factor de potencia; por lo tanto, la placa de características sería inútil sin conocer la carga. Medir transformadores en MVA o kVA hace que la cifra sea propiedad del dispositivo.

Este razonamiento también puede aplicarse a cables, equipos de conmutación, generadores y UPS. Todos estos dispositivos están limitados por límites térmicos y estrés de aislamiento; por lo tanto, todos ellos se expresan en VA o sus múltiplos. Cuando un comprador ordena un transformador con una capacidad de 2 MVA, significa que su potencia aparente es la potencia que el dispositivo entregará continuamente dentro de los límites de temperatura a la tensión nominal.

La unidad también sirve como un lenguaje común a través de los niveles de voltaje, por lo que aparece en cálculos de fallas y coordinación de protecciones. Cómo se separan en la práctica las clases de voltaje, y por qué el equipo clasificado en MVA en un nivel no se parece en nada a su equivalente en otro, se cubre en la distinción entre instalaciones de alta tensión y baja tensión.

Comparación entre MVA, kVA, MW, kW y MVAR

Cinco unidades diferentes representan la potencia eléctrica, y las “diferencias” entre ellas reflejan la diferencia entre los tres componentes del triángulo de potencia mencionados aquí.

Unidad	Cantidad	Símbolo	Fórmula	Lo que describe
MVA / kVA / VA	Potencia aparente	S	√3 × V_L × I_L (trifásico)	La carga total en volt-amperios; establece la clasificación del equipo
MW / kW / W	Potencia real	P	S × cosφ	La potencia que realiza trabajo útil y se factura
MVAR / kVAR / VAR	Potencia reactiva	Q	S × sinφ	La potencia que circula en campos magnéticos y eléctricos
Factor de potencia	Relación	PF o cosφ	P / S	Cuánto de la potencia aparente es útil; de 0 a 1

La relación entre las tres cantidades físicas está determinada por sus interrelaciones geométricas; por lo tanto, forman un triángulo rectángulo con la potencia aparente representada por la hipotenusa de la figura geométrica, de modo que se puede establecer la relación S2 = P2 + Q2. Esta fórmula aclara la mayoría de las dudas respecto a la interpretación de estas unidades: MVA es la hipotenusa, mientras que MW y MVAR forman los catetos del triángulo; el ángulo entre ellos se conoce como factor de potencia.

Tipo de carga	Factor de potencia típico	1 MVA entrega	Notas
Calentamiento resistivo	1.00	00 MW	El máximo teórico; raramente alcanzado en la práctica
Motores modernos con corrección	0.90-0.95	90-0.95 MW	Práctica industrial buena típica
Motores de inducción sin corrección	0.75-0.85	75-0.85 MW	La potencia reactiva es capacidad desperdiciada desde el punto de vista del operador
Motores y soldadores con carga ligera	0.30-0.60	30-0.60 MW	Mala utilización de la clasificación del equipo
Rectificadores y variadores sin filtrado	0.60-0.80	60-0.80 MW	También puede estar presente la distorsión armónica

La consecuencia del hecho de que existe una relación constante entre estas unidades es que el factor de potencia representa un problema de capacidad más que un problema de facturación. Por lo tanto, si el factor de potencia de algo pasa de 0.75 a 0.95, habrá un aumento en la potencia real transferida a través del mismo MVA del aparato de aproximadamente un 25 por ciento, lo que a veces significa que no será necesario invertir en equipo adicional.

Los lectores que trabajan principalmente con instalaciones más pequeñas tienden a encontrar las mismas relaciones expresadas en vatios y amperios en lugar de en MVA, y la aritmética es idéntica: la misma relación voltaje-corriente-potencia escalada, como en el cálculo de vatios en un circuito de 15 amperios.

Cómo calcular MVA

Hay cuatro cálculos que cubren la mayoría de las situaciones prácticas.

Primero, a partir de voltaje y corriente (circuito trifásico). S = √3 × VL × IL donde tanto el voltaje como la corriente están en valores de línea. Para un circuito trifásico de 400 V con una corriente de carga de 500 A, S = 1.732 × 400 × 500 = 346,410 VA o aproximadamente 0.346 MVA.
Segundo, a partir de voltaje y corriente (monofásico). S = V × I. Para un circuito monofásico de 230 V con una corriente de carga de 100 A, S = 23,000 VA o 0.023 MVA.
Tercero, a partir de potencia real y factor de potencia. S = P ÷ cosφ. Para la central eléctrica con una salida de 4 MW con un factor de potencia de 0.8, S = 4 ÷ 0.8 = 5 MVA. Sin embargo, si el factor de potencia se corrige a 0.95, entonces S es solo 4.21 MVA ya que esta diferencia menor usualmente decide si un transformador puede aceptar la nueva carga o debe ser reemplazado.
Finalmente, a partir de kVA. MVA = kVA ÷ 1,000. La conversión se encuentra con bastante frecuencia al comparar un transformador con una clasificación de 750 kVA con su contraparte mayor de 1.5 MVA.

Hay dos refinamientos importantes en los cálculos reales. Primero, la potencia aparente de una carga es notoriamente mayor que la simple suma de elementos cotidianos debido a que los motores consumen una corriente de magnetización pesada durante el arranque y, además, las cargas nunca coinciden completamente con sus factores de diversidad. Segundo, tenga en cuenta que las clasificaciones de los transformadores se producen para ciertas clases de enfriamiento y temperatura ambiente: un transformador de 20 MVA con un sistema de enfriamiento puede tener una clasificación de 30 MVA con enfriamiento forzado.

Rangos de MVA para Transformadores

Las clasificaciones de transformadores pueden agruparse en categorías distintivas, y estar familiarizado con en cuál se encuentra un proyecto proporciona mucha información sobre los tiempos de entrega, método de adquisición y precios antes de la entrega de la cotización.

Clase	Rango típico de MVA	Voltaje típico	Aplicación
Distribución pequeña	025-0.5 MVA	11-33 kV / 400 V	Unidades montadas en poste y en base que sirven a unos pocos edificios
Distribución	5-5 MVA	11-33 kV / 400-690 V	Suministro comercial e industrial ligero, edificios más grandes
Potencia media	5-30 MVA	33-132 kV	Plantas industriales, subestaciones, generadores pequeños
Potencia grande	30-100 MVA	132-275 kV	Subestaciones de transmisión, conexiones de generación grandes
Potencia de red	100-1,000+ MVA	275-765 kV	Transmisión a granel, unidades elevadoras de generadores

Dado que MVA mide la potencia aparente, se deduce que la potencia de salida real de un transformador es menor que la clasificación en MVA. La salida de un transformador clasificado en 5 MVA funcionando a un factor de potencia de 0.85 sería igual a 4.25 MW, con el resto de 0.75 MVAR simplemente circulando sin contribuir al trabajo. Por lo tanto, al dimensionar un transformador para una demanda dada de potencia real, los diseñadores dividen este valor por el factor de potencia asumido mientras agregan un margen de seguridad para permitir un aumento futuro en la carga, y el número MVA no se trata como una clasificación de salida.

El factor de dimensionamiento se combina con la impedancia, la relación de voltaje, la clase de enfriamiento y el rango de tomas al considerar los parámetros que importan al comprar un transformador, pero cómo interactúan estos parámetros, especialmente en términos de cómo el porcentaje de impedancia afecta la capacidad y la regulación de voltaje, pertenece a la categoría de especificación más que a las características de la placa de identificación. Las instalaciones a escala empresarial a menudo deben considerarse como una arquitectura de distribución completa en lugar de un conjunto de máquinas individuales, y las consideraciones de diseño involucradas se establecen en cómo se planifican los sistemas de distribución para operaciones a gran escala.

MVA y Nivel de Fallo

Otra aplicación significativa del MVA en electricidad es el cálculo del nivel de fallo, o la potencia que un sistema puede proporcionar a un cortocircuito. La fórmula es la siguiente.

MVA de falla = √3 × VL (en kV) × Isc (en kA)

Por ejemplo, una red de 400 Voltios con una corriente potencial de cortocircuito de 25 kA tiene un nivel de falla de 1.732 × 0.4 × 25 = 17.3 MVA. Si aplicamos la misma lógica para 11 kV y 20 kA obtendríamos 381 MVA. Esto es más que teoría, ya que cada equipo de conmutación y protección instalado debe tener una capacidad de interrupción o resistencia al cortocircuito al menos igual al nivel de falla en su punto de conexión. De lo contrario, un dispositivo que no pueda interrumpir la corriente de falla puede quemarse en lugar de funcionar correctamente. Esta es una de las razones por las que la capacidad de interrupción se muestra en la placa de características de cada interruptor automático.

Cabe destacar que el nivel de falla aumenta junto con la expansión de la red. Cuantos más transformadores se añaden en paralelo, más fuentes de generación se conectan y mayor es la capacidad de cortocircuito de la alimentación. Todos estos factores hacen posible que la red tenga una corriente de falla elevada incluso si su equipo eléctrico permanece sin cambios a lo largo del tiempo.

Cuando un dispositivo debe interrumpir corrientes de falla muy grandes a baja tensión, la solución es un interruptor diseñado específicamente para ello en lugar de una versión más grande de un dispositivo de caja moldeada, y las diferencias de construcción son visibles en el equipo — el Interruptor automático de aire HUW9 690 V 6300 A es un ejemplo de cómo el tamaño del bastidor, el control del arco y la capacidad de transporte de corriente escalan juntos cuando la carga se mide en cientos de miles de amperios de corriente de falla prospectiva.

MVA en Generación y Transmisión

Los generadores también se califican en MVA por la misma razón. Los límites del generador se establecen debido a la corriente del devanado y al voltaje de aislamiento. La placa de características del generador generalmente proporciona ambas cifras; por ejemplo, puede indicar 150 MVA a un factor de potencia de 0.8, produciendo 120 M. La cifra de MVA determinará el tamaño de la unidad y el equipo de conexión, mientras que la cifra de MW mostrará lo que la planta puede vender realmente.

Este sistema de clasificación da lugar a un malentendido común. La capacidad de generación de “100MW” resultará en la necesidad de mucho más de 100 MVA de capacidad en transformadores y equipos de conmutación porque todas las unidades, el generador mismo, el transformador elevador, el interruptor automático del generador y los cables de conexión se calculan utilizando métodos de potencia aparente. 320MW tendrá algunas limitaciones en términos de MVA ya que a un factor de potencia de 0.8 requerirá 125 MVA, lo que resulta en una situación donde diseñar según valores de MW mientras se aplican cifras de MVA conduce a ajustes muy costosos y que consumen mucho tiempo en la implementación del proyecto.

El sistema de transmisión utiliza MVA para determinar la capacidad del sistema de transmisión; mientras que los acuerdos de conexión a la red establecen la capacidad tanto en MVA como en MW, así como el factor de potencia que debe mantenerse durante la generación. Exceder los límites de MVA y trabajar fuera del intervalo acordado de valores de factor de potencia puede llevar a penalizaciones adicionales, lo que hace que los fabricantes y grandes consumidores monitoreen ambos valores.

Uso de MVA en la adquisición

Hay cuatro pasos accionables que convierten la definición en una especificación operativa.

Utilice potencia aparente en lugar de potencia real. El transformador debe ser clasificado según la potencia aparente requerida por la carga; esto significa dividir la potencia real esperada por el factor de potencia esperado y permitir un margen. El método de cálculo basado únicamente en kW conducirá a una subestimación constante del equipo.
Defina el factor de potencia utilizado en el cálculo. Diferentes cotizaciones para el mismo transformador de “5 MVA” pueden involucrar diferentes factores de potencia de carga, lo que lleva a variaciones en la potencia real. Esta suposición debe mencionarse en la especificación.
Indique la base de la clasificación de potencia efectiva. El transformador clasificado para 20 MVA cuando se usa con enfriamiento natural tiene una clasificación diferente cuando se aplica enfriamiento forzado. Identifique la clase de enfriamiento y la temperatura ambiente.
Verifique el nivel de falla en el punto de conexión. La capacidad de interrupción de todo el equipo utilizado en servicio debe ser igual o superior al MVA de falla basado en la responsabilidad de cortocircuito de la utilidad. Los dispositivos que tienen la clasificación adecuada lo hacen bajo un esquema de certificación reconocido, y la base sobre la cual se aprueba un interruptor se establece en los requisitos detrás de la certificación UL 489.

Preguntas Frecuentes

¿Qué es MVA eléctrico?

MVA, o megavolt-amperio, es una medida de potencia aparente descrita en términos de 1 millón de volt-amperios, o 1000 kVA. El cálculo de este valor se basa en el voltaje y la corriente, o la fórmula utilizada para MVA es √3 × voltaje de línea × corriente de línea en el caso de circuitos trifásicos. La indicación de MVA se da para transformadores, generadores, cables y equipos de conmutación, ya que la capacidad máxima de estos dispositivos está determinada por el valor de la tensión de aislamiento y el calentamiento de los devanados, que dependen de la corriente sin considerar la fase de corriente y voltaje. MVA también se utiliza para el nivel de falla por cortocircuito.

¿Qué es un transformador de 2.5 MVA?

Es un transformador que tiene una potencia de 2.5 megavolt-amperios de potencia aparente. Este es el tipo de equipo que se utiliza habitualmente para fines industriales y comerciales, transformando un voltaje alto de 11 kV o 33 kV a uno bajo de aproximadamente 400 V o 690 V. El transformador tiene un valor de potencia real que es menor que el valor dado en MVA — con un factor de potencia igual a 0.85, este transformador puede suministrar 2.1 MW de potencia, siendo el resto de la potencia reactiva. Sus dimensiones, masa y sistema de enfriamiento dependen de su potencia. Por lo tanto, un transformador de 2.5 MVA es un dispositivo considerable que tiene un tiempo de entrega y costo de instalación elevados.

¿Qué es kVA y MVA?

Ambos son unidades de potencia aparente, y difieren solo por un factor de mil; es decir, 1 MVA = 1,000 kVA. Según una práctica general, kVA se usa en dispositivos más pequeños como transformadores de distribución, generadores por debajo de un megavatio, fuentes de alimentación ininterrumpida y capacidad contratada temporal de un suministro individual, mientras que MVA se usa cuando la cantidad es grande, como en transformadores de subestación, unidades elevadoras de generadores y niveles de falla. La conversión es solo cuestión de mover el decimal, lo que sugiere una comparación directa una vez conocida la escala.

¿Cuál es la diferencia entre MW y MVA?

MW indica la potencia real, que contribuye al trabajo útil, la cual se calcula y factura al cliente. MVA determina la potencia aparente o la carga total en volt-amperios del circuito. Ambas están conectadas mediante el factor de potencia MW = factor de potencia * MVA. Por ejemplo, si se usa un transformador de 10 MVA con un factor de potencia de 0.9, proporcionaría 9 MW. Sin embargo, en el mismo escenario con un factor de potencia de 0.7, el transformador solo proporcionaría 7 MW de carga. Esto significa que mejorar el factor de potencia permitirá suministrar más potencia real con el mismo equipo, haciendo que la corrección del factor de potencia sea una mejora de capacidad y un factor de ahorro de costos.