Plusieurs abréviations électriques existent et l'une d'elles est MVA. Cependant, peu de personnes connaissent la signification exacte de cette abréviation avant de lire la plaque signalétique du transformateur ; le mégavolt-ampère (MVA), qui est la “ puissance apparente ”, se rapporte à la puissance totale ou à la taille du circuit ou système électrique indépendamment de sa capacité à effectuer un travail utile (c’est-à-dire que la puissance réelle est appelée MW). En général, il existe deux types de puissance définis par la capacité du transformateur : la puissance réelle et la puissance dite “ apparente ” qui est exprimée en MVA. L’utilisation de l’abréviation MVA fait référence à la mesure du développement de la capacité du transformateur en termes de performance de charge électrique nécessitant des MW, tandis que le MVA peut également être utilisé pour mesurer la capacité du transformateur. Cet article aidera à comprendre la signification de MVA et comment le distinguer de kVA, MW et kW, calculer cet indicateur, et apprendre quelles valeurs de MVA peuvent être appliquées dans la pratique des transformateurs.
Le terme ‘ MVA ’ désigne une unité de mesure de la puissance apparente selon laquelle un MVA équivaut à un million de volt-ampères (V*A) ou un million de volts divisé par mille kilovolt-ampères (kVA). La puissance apparente, notée ‘ S ’ ou par le terme multiplication volt/ampère (V*A), est le produit de la tension et du courant dans le circuit. La puissance apparente pour les circuits monophasés et triphasés est donnée comme suit : pour le monophasé, ‘ S ’=V*I pour un circuit monophasé et ‘ S ’=√3(V)(I) pour les circuits triphasés (tension de ligne (V) et courant de ligne (I)). La puissance apparente dans un circuit comprend à la fois la puissance utilisable et non utilisable dans le circuit. Pour calculer la puissance utilisable (active) (MW), la puissance apparente doit être multipliée par le facteur de puissance (PF) où le facteur de puissance est exprimé en décimal ou en pourcentage montrant la proportion de la puissance réelle produite par le circuit.
Ce que signifie MVA
Les abréviations se décomposent facilement. La lettre majuscule M représente le symbole international standard méga, qui signifie un million. VA est l'abréviation de volt-ampère, qui se réfère à une unité de puissance apparente dérivée du produit de la tension en volts et du courant en ampères. Ainsi, un MVA signifie 1 000 000 de volt-ampères, ce qui signifie que si un circuit fonctionne à 1 000 ampères sous 1 000 volts, il a une puissance égale à 1 MVA.
Le nom de l'unité s'écrit de la même manière que kW et MW, ce qui présente des avantages, mais peut aussi prêter à confusion. Bien que les machines en question soient marquées 10 MVA pour un transformateur et 10 MW pour un générateur, ce ne sont pas des dispositifs similaires ; le premier indique la puissance apparente, et le second indique la puissance réelle. La seule situation dans laquelle les deux chiffres indiqueraient la même machine est lorsque le facteur de puissance est égal à 1, ce qui n'arrive pratiquement jamais.
MVA est principalement utilisé dans les appareils à haute puissance. Par exemple, les appareils domestiques et commerciaux de petite taille sont généralement mesurés en kVA ou en ampères ; les appareils industriels et utilitaires sont mesurés en MVA car les valeurs sont suffisamment grandes pour rendre le kVA impraticable. Il n'y a pas non plus de limite inférieure pour l'unité, 0,5 MVA étant une taille typique pour un transformateur de taille moyenne, ce qui en fait une valeur parfaitement valide. Mais la convention veut que le MVA soit utilisé uniquement pour les équipements de grande taille.
Pourquoi la puissance apparente existe
La raison pour laquelle l'ingénierie électrique nécessite une mesure autre que les watts est que les appareils ont des limitations indépendantes du travail productif.
La capacité d’un transformateur est dictée par deux limitations physiques. Son isolation d’enroulement peut supporter une tension spécifique avant de céder ; ainsi, la limitation de tension est déterminée. Ses enroulements et son noyau peuvent dissiper une quantité définie de chaleur avant que la température de son isolation ne dépasse la limite des matériaux ; par conséquent, la limitation de courant est fixée. Aucune des limitations ne prend en compte si le courant est en phase ou non avec la tension. Un transformateur transportant 1000 A à 400 V génère la même chaleur dans ses enroulements que la charge soit un chauffage résistif avec un facteur de puissance de 1 ou un moteur sans charge avec un facteur de puissance de 0,3.
C’est précisément pourquoi la capacité de ces appareils est exprimée comme le produit de la tension et du courant — puissance apparente — et non la puissance réelle. Si les transformateurs étaient en MW, l’appareil devrait fournir des valeurs nominales différentes pour chaque facteur de puissance ; par conséquent, la plaque signalétique serait inutile sans connaître la charge. Mesurer les transformateurs en MVA ou kVA fait de cette valeur une propriété de l’appareil.
Ce raisonnement peut également s’appliquer aux câbles, appareillages, générateurs et onduleurs (UPS). Tous ces appareils sont limités par des contraintes thermiques et d’isolation ; par conséquent, ils sont tous exprimés en VA ou ses multiples. Lorsqu’un acheteur commande un transformateur d’une capacité de 2 MVA, cela signifie que sa puissance apparente est la puissance que l’appareil délivrera en continu dans les limites de température à la tension nominale.
L’unité sert également de langage commun à travers les niveaux de tension, c’est pourquoi elle apparaît dans les calculs de défauts et la coordination de protection. La manière dont les classes de tension sont séparées en pratique, et pourquoi l’équipement évalué en MVA à un niveau ne ressemble en rien à son équivalent à un autre, est abordée dans la distinction entre installations haute tension et basse tension.
Comparaison entre MVA, kVA, MW, kW et MVAR
Cinq unités différentes représentent la puissance électrique, et les “ différences ” entre elles reflètent la différence entre les trois composantes du triangle de puissance mentionnées ici.
| Unité | Quantité | Symbole | Formule | Ce qu’elle décrit |
|---|---|---|---|---|
| MVA / kVA / VA | Puissance apparente | S | √3 × VL × IL (triphasé) | La charge totale en volt-ampères ; détermine la puissance nominale de l’équipement |
| MW / kW / W | Puissance réelle | P | S × cosφ | La puissance qui effectue un travail utile et est facturée |
| MVAR / kVAR / VAR | Puissance réactive | Q | S × sinφ | La puissance qui circule dans les champs magnétiques et électriques |
| Facteur de puissance | Rapport | PF ou cosφ | P / S | Quelle part de la puissance apparente est utile ; de 0 à 1 |
La relation entre les trois grandeurs physiques est déterminée par leurs interrelations géométriques ; ainsi, elles forment un triangle rectangle avec la puissance apparente représentée par l’hypoténuse de la figure géométrique, ce qui permet d’établir la relation S2 = P2 + Q2. Cette formule dissipe la plupart des doutes concernant l’interprétation de ces unités : MVA est l’hypoténuse, tandis que MW et MVAR forment les côtés du triangle ; l’angle entre eux est connu sous le nom de facteur de puissance.
| Type de charge | Facteur de puissance typique | 1 MVA délivre | Remarques |
|---|---|---|---|
| Chauffage résistif | 1.00 | 1,00 MW | Le maximum théorique ; rarement atteint en pratique |
| Moteurs modernes avec correction | 0.90-0.95 | 0,90-0,95 MW | Pratique industrielle typique et correcte |
| Moteurs à induction non corrigés | 0.75-0.85 | 0,75-0,85 MW | La puissance réactive est une capacité perdue du point de vue de l’opérateur |
| Moteurs et postes à souder faiblement chargés | 0.30-0.60 | 0,30-0,60 MW | Mauvaise utilisation de la capacité nominale de l’équipement |
| Redresseurs et variateurs sans filtrage | 0.60-0.80 | 0,60-0,80 MW | Une distorsion harmonique peut également être présente |
La conséquence du fait qu’il existe une relation constante entre ces unités est que le facteur de puissance représente une question de capacité plutôt qu’une question de facturation. Ainsi, si le facteur de puissance de quelque chose passe de 0,75 à 0,95, il y aura une augmentation de la puissance réelle transférée à travers le même MVA d’appareils d’environ 25 %, ce qui signifie parfois qu’il ne sera pas nécessaire d’investir dans un équipement supplémentaire.
Les lecteurs qui travaillent principalement avec des installations plus petites ont tendance à rencontrer les mêmes relations exprimées en watts et ampères plutôt qu’en MVA, et l’arithmétique est identique — la même relation tension-courant-puissance à une échelle réduite, comme dans le calcul de la puissance en watts sur un circuit de 15 ampères.
Comment calculer le MVA
Il existe quatre calculs qui couvrent la plupart des situations pratiques.
- Premièrement, à partir de la tension et du courant (circuit triphasé). S = √3 × VL × IL où la tension et le courant sont tous deux en valeurs de ligne. Pour un circuit triphasé de 400 V avec un courant de charge de 500 A, S = 1,732 × 400 × 500 = 346 410 VA ou environ 0,346 MVA.
- Deuxièmement, à partir de la tension et du courant (monophasé). S = V × I. Pour un circuit monophasé de 230 V avec un courant de charge de 100 A, S = 23 000 VA ou 0,023 MVA.
- Troisièmement, à partir de la puissance réelle et du facteur de puissance. S = P ÷ cosφ. Pour une centrale électrique avec une puissance de sortie de 4 MW et un facteur de puissance de 0,8, S = 4 ÷ 0,8 = 5 MVA. Cependant, si le facteur de puissance est corrigé à 0,95, alors S n’est plus que de 4,21 MVA car cette différence mineure décide généralement si un transformateur peut accepter la nouvelle charge ou s’il doit être remplacé.
- Enfin, à partir de kVA. MVA = kVA ÷ 1 000. Cette conversion est fréquemment rencontrée lors de la comparaison d’un transformateur de 750 kVA avec son homologue plus grand de 1,5 MVA.
Il y a deux raffinements importants dans les calculs réels. Tout d’abord, la puissance apparente d’une charge est notoirement plus grande que la simple somme des éléments quotidiens en raison du fait que les moteurs consomment un courant d’excitation important au démarrage et, de plus, les charges ne correspondent jamais pleinement à leurs facteurs de diversité. Ensuite, gardez à l’esprit que les puissances nominales des transformateurs sont établies pour certaines classes de refroidissement et températures ambiantes : un transformateur de 20 MVA avec un système de refroidissement peut avoir une puissance nominale de 30 MVA avec un refroidissement forcé.
Plages de MVA pour les transformateurs
Les puissances nominales des transformateurs peuvent être regroupées en catégories distinctes, et connaître celle à laquelle un projet appartient donne beaucoup d’informations sur les délais, la méthode d’approvisionnement et la tarification avant la livraison du devis.
| Classe | Plage typique de MVA | Tension typique | Application |
|---|---|---|---|
| Petite distribution | 0,025-0,5 MVA | 11-33 kV / 400 V | Unités montées sur poteau et sur socle desservant quelques bâtiments |
| Distribution | 0,5-5 MVA | 11-33 kV / 400-690 V | Alimentation commerciale et industrielle légère, bâtiments plus grands |
| Moyenne puissance | 5-30 MVA | 33-132 kV | Usines industrielles, postes, petits générateurs |
| Haute puissance | 30-100 MVA | 132-275 kV | Postes de transmission, grandes connexions de production |
| Puissance réseau | 100-1 000+ MVA | 275-765 kV | Transmission en gros, unités d’élévation de tension des générateurs |
Puisque le MVA mesure la puissance apparente, il s’ensuit que la puissance de sortie réelle d’un transformateur est inférieure à la puissance nominale en MVA. La sortie d’un transformateur de 5 MVA fonctionnant à un facteur de puissance de 0,85 serait égale à 4,25 MW, le reste de 0,75 MVAR étant simplement circulé sans contribuer au travail. Ainsi, lors du dimensionnement d’un transformateur pour une demande donnée de puissance réelle, les concepteurs divisent cette valeur par le facteur de puissance supposé tout en ajoutant une marge de sécurité pour permettre une augmentation future de la charge, et la valeur en MVA n’est pas considérée comme une puissance de sortie.
Le facteur de dimensionnement est associé à l'impédance, au rapport de tension, à la classe de refroidissement et à la plage de prises lorsque l'on considère les paramètres importants lors de l'achat d'un transformateur, mais la manière dont ces paramètres interagissent, en particulier en ce qui concerne l'effet du pourcentage d'impédance sur la capacité et la régulation de tension, relève de la catégorie des spécifications plutôt que des caractéristiques inscrites sur la plaque signalétique. comment les systèmes de distribution sont planifiés pour les opérations à grande échelle.
MVA et niveau de défaut
Une autre application importante de MVA en électricité est le calcul du niveau de défaut, ou la puissance qu'un système peut fournir à un court-circuit. La formule est la suivante.
MVA de défaut = √3 × VL (en kV) × Isc (en kA)
Par exemple, un réseau de 400 Volts avec un courant de court-circuit potentiel de 25 kA a un niveau de défaut de 1,732 × 0,4 × 25 = 17,3 MVA. Si nous appliquions la même logique pour 11 kV et 20 kA, nous obtiendrions 381 MVA. Ce n’est pas qu’une théorie puisque chaque équipement de commutation et de protection installé doit avoir une capacité d’interruption ou de tenue au moins égale au niveau de défaut à son point de connexion. Sinon, un appareil incapable d’interrompre le courant de défaut peut être détruit au lieu de fonctionner correctement. C’est l’une des raisons pour lesquelles la capacité d’interruption est indiquée sur la plaque signalétique de chaque disjoncteur.
Il convient de noter que le niveau de défaut augmente avec l’expansion du réseau. Plus de transformateurs sont ajoutés en parallèle, plus de sources de génération sont connectées et plus la capacité de court-circuit de l’alimentation augmente. Tous ces facteurs permettent au réseau d’avoir un courant de défaut élevé même si son équipement électrique reste inchangé dans le temps.
Lorsqu’un appareil doit interrompre des courants de défaut très élevés en basse tension, la solution est un disjoncteur spécialement conçu plutôt qu’une version plus grande d’un appareil moulé, et les différences de construction sont visibles dans l’équipement — le disjoncteur à air HUW9 690 V 6300 A est un exemple de la façon dont la taille du cadre, le contrôle de l’arc et la capacité de transport de courant évoluent ensemble lorsque la charge est mesurée en centaines de milliers d’ampères de courant de défaut prospectif.
MVA dans la génération et la transmission
Les générateurs sont également évalués en MVA pour la même raison. Les limites du générateur sont fixées en fonction du courant dans l’enroulement et de la tension d’isolement. La plaque signalétique du générateur donne généralement les deux chiffres ; par exemple, elle peut indiquer 150 MVA à un facteur de puissance de 0,8, produisant 120 M. La valeur en MVA déterminera la taille de l’unité et de l’équipement de connexion tandis que la valeur en MW montrera ce que l’installation peut réellement vendre.
Ce système d’évaluation donne lieu à une incompréhension courante. La capacité de génération de “ 100 MW ” entraînera la nécessité de beaucoup plus de 100 MVA de capacité de transformateurs et d’appareils de commutation car toutes les unités, le générateur lui-même, le transformateur élévateur, le disjoncteur de générateur et les câbles de connexion sont calculés en utilisant la puissance apparente. 320 MW auront quelques contraintes en termes de MVA car à un facteur de puissance de 0,8, cela nécessitera 125 MVA, ce qui conduit à une situation où la conception selon les valeurs en MW tout en appliquant les chiffres en MVA entraîne des ajustements très coûteux et chronophages dans la mise en œuvre du projet.
Le système de transmission utilise le MVA pour déterminer la capacité du système de transmission ; tandis que les accords de connexion au réseau indiquent la capacité à la fois en MVA et en MW ainsi que le facteur de puissance qui doit être établi tout au long de la génération. Dépasser les limites de MVA et travailler en dehors de l’intervalle convenu des valeurs du facteur de puissance peut entraîner des pénalités supplémentaires, ce qui oblige les fabricants et les grands consommateurs à surveiller les deux valeurs.
Utilisation du MVA dans les achats
Il y a quatre étapes concrètes qui transforment la définition en spécification exploitable.
- Utilisez la puissance apparente au lieu de la puissance réelle. Le transformateur doit être dimensionné selon la puissance apparente nécessaire à la charge ; cela signifie diviser la puissance réelle attendue par le facteur de puissance prévu et prévoir une marge. La méthode de calcul basée uniquement sur les kW conduira à une sous-évaluation constante de l’équipement.
- Définissez le facteur de puissance utilisé dans le calcul. Différentes offres pour le même transformateur “ 5 MVA ” peuvent impliquer des facteurs de puissance de charge différents, conduisant à des puissances réelles variées. Cette hypothèse doit être mentionnée dans la spécification.
- Indiquez la base de la puissance nominale effective. Le transformateur évalué à 20 MVA en refroidissement naturel aura une unité identique évaluée différemment en cas de refroidissement forcé. Identifiez la classe de refroidissement et la température ambiante.
- Vérifiez le niveau de défaut au point de connexion. La capacité d’interruption de tous les équipements utilisés en service doit être équivalente ou supérieure à la MVA de défaut basée sur la responsabilité de court-circuit du réseau. Les dispositifs qui possèdent la cote appropriée le font dans le cadre d’un schéma de certification reconnu, et la base sur laquelle un disjoncteur est approuvé est définie dans les exigences derrière la certification UL 489.
FAQ
Qu’est-ce que l’électrique MVA ?
Le MVA, ou mégavoltampère, est une mesure de la puissance apparente exprimée en termes de 1 million de voltampères, ou 1000 kVA. Le calcul de cette valeur est basé sur la tension et le courant, ou la formule utilisée pour le MVA est √3 x tension de ligne x courant de ligne dans le cas des circuits triphasés. L’indication du MVA est donnée pour les transformateurs, générateurs, câbles et appareillages de commutation puisque la capacité maximale de ces dispositifs est déterminée par la valeur de la tension d’isolement et le chauffage des enroulements qui dépendent du courant sans prendre en compte la phase du courant et de la tension. Le MVA est également utilisé pour le niveau de défaut de court-circuit.
Qu’est-ce qu’un transformateur 2,5 MVA ?
C’est un transformateur qui a une puissance de 2,5 mégavoltampères de puissance apparente. Ce type d’équipement est généralement utilisé à des fins industrielles et commerciales, transformant une haute tension de 11 kV ou 33 kV en une basse tension d’environ 400 V ou 690 V. Le transformateur a une valeur de puissance réelle inférieure à la valeur donnée en MVA — à un facteur de puissance égal à 0,85, ce transformateur peut fournir 2,1 MW de puissance, le reste étant de la puissance réactive. Ses dimensions, sa masse et son système de refroidissement découlent de sa puissance. Ainsi, un transformateur 2,5 MVA est un appareil conséquent dont le délai de livraison et le coût d’installation sont élevés.
Qu’est-ce que le kVA et le MVA ?
Les deux sont des unités de puissance apparente, et elles ne diffèrent que par un facteur de mille ; c’est-à-dire 1 MVA = 1 000 kVA. Selon une pratique générale, le kVA est utilisé pour les appareils plus petits comme les transformateurs de distribution, les générateurs de moins d’un mégawatt, les alimentations sans interruption, et certaines capacités contractuelles temporaires d’une alimentation individuelle, tandis que le MVA est utilisé lorsque la quantité devient importante, comme dans le cas des transformateurs de poste, des unités d’élévation de générateur et des niveaux de défaut. La conversion ne consiste qu’à déplacer la virgule, ce qui permet une comparaison directe une fois l’échelle connue.
Quelle est la différence entre MW et MVA ?
Le MW indique la puissance réelle, qui contribue au travail utile, calculée et facturée au client. Le MVA détermine la puissance apparente ou la charge totale en volt-ampères du circuit. Les deux sont reliés par le facteur de puissance MW = facteur de puissance * MVA. Par exemple, si un transformateur de 10 MVA avec un facteur de puissance de 0,9 est utilisé, il fournirait 9 MW. Cependant, dans le même scénario avec un facteur de puissance de 0,7, le transformateur ne fournirait que 7 MW de charge. Cela signifie que l’amélioration du facteur de puissance permet de fournir plus de puissance réelle avec le même équipement, faisant de la correction du facteur de puissance une amélioration de capacité et un facteur d’économie de coûts.
Références
- Commission électrotechnique internationale — IEC 60076 Transformateurs de puissance et IEC 60027 Symboles alphabétiques
- IEEE — Définitions standard pour les grandeurs des systèmes électriques et le facteur de puissance
- NFPA — Code électrique national, Article 450 Transformateurs et Article 110 Courants de court-circuit nominal
- ANSI — Série ANSI C57 Transformateurs, régulateurs et réacteurs
- Département de l’énergie des États-Unis — Guide sur le facteur de puissance et l’efficacité des systèmes de distribution
Conclusion
Un mégavolt-ampère (abrégé MVA) est utilisé dans les systèmes électriques comme unité de mesure de la puissance. Le MVA désigne le produit de la tension et du courant, représentant la puissance électrique d’une technologie ou d’un équipement électrique donné. Le statut particulier de cette unité dans l’industrie est stimulé par la relation contraignante entre sa valeur et les dispositifs électriques basée sur la température d’isolation et la tension d’isolation, car ils restent insensibles à l’angle de déphasage entre le courant et la tension. C’est pourquoi tous les équipements énergétiques dans un système électrique sont généralement évalués en MVA et aussi en kVA, tandis que la production d’énergie dans le système est exprimée en MW ou kW. Le MVA est appliqué de trois manières principales : pour le calcul de la taille du transformateur (les transformateurs de livraison étant évalués à pas plus de 0,025 MVA, tandis que les transformateurs utilitaires peuvent dépasser 1 000 MVA), comme partie de la formule pour calculer le défaut dans le système (le calcul du défaut dans un réseau donné est la racine carrée de 3 multipliée par kV multipliée par kA), c’est pourquoi l’application du MVA est importante pour comprendre la capacité des dispositifs influençant le réseau.
