Existem várias abreviações elétricas e uma dessas abreviações é MVA. No entanto, poucas pessoas conhecem o significado exato da abreviação antes de ler a placa de identificação do transformador; megavolt-ampere (MVA), que é “potência aparente”, refere-se à potência total ou ao tamanho do circuito ou sistema elétrico, independentemente da sua capacidade de realizar qualquer trabalho útil (ou seja, a potência real é referida como MW). Em geral, existem dois tipos de potência definidos pela capacidade do transformador: Potência Real e a chamada potência “aparente”, que é descrita em MVA. O uso da abreviação MVA refere-se à medição do desenvolvimento da capacidade do transformador em termos de desempenho da carga elétrica que requer MW, enquanto MVA também pode ser usado na medição da capacidade do transformador. Este artigo ajudará a esclarecer o significado de MVA e como distingui-lo de kVA, MW e kW, calcular este indicador, aprender quais valores de MVA podem ser aplicados na prática de transformadores.
O termo ‘MVA’ representa uma unidade de medida de potência aparente, onde um MVA equivale a um milhão de volt-amps (V*A) ou um milhão de volts dividido por mil quilovolt-amperes (kVA). A potência aparente, que é denotada por ‘S’ ou pelo termo multiplicação volt/ampere (V*A), é o produto da tensão e da corrente no circuito. A potência aparente para circuitos monofásicos e trifásicos é dada da seguinte forma: para monofásico, ‘S’=V*I para um circuito monofásico e ‘S’=√3(V)(I) para circuitos trifásicos (tensão de linha (V) e corrente de linha (I)). A potência aparente em um circuito compreende tanto a potência utilizável quanto a não utilizável no circuito. Para calcular a potência utilizável (ativa) (MW), a potência aparente deve ser multiplicada pelo Fator de Potência (FP), onde o fator de potência é expresso em termos decimais ou percentuais mostrando a perspectiva da potência real produzida pelo circuito.
O que Significa MVA
As abreviações se dividem facilmente. A letra maiúscula M representa o símbolo internacional padrão mega, que significa um milhão. VA é a abreviação para volt-ampere, que se refere a uma unidade de potência aparente derivada do produto da tensão em volts e corrente em amperes. Assim, um MVA significa 1.000.000 volt-amperes, ou seja, se um circuito opera com 1.000 amperes a 1.000 volts, ele tem potência igual a 1 MVA.
O nome da unidade é escrito da mesma forma que kW e MW, o que tem suas vantagens, mas também pode causar confusão. Embora as máquinas em questão sejam marcadas como 10 MVA para um transformador e 10 MW para um gerador, elas não são dispositivos semelhantes; o primeiro indica a potência aparente, e o último indica a potência real. A única situação em que ambos os números indicariam a mesma máquina é quando o fator de potência é igual a 1, o que praticamente não acontece.
MVA é usado principalmente em dispositivos de alta potência. Por exemplo, dispositivos domésticos e comerciais pequenos geralmente são medidos em kVA ou amperes; dispositivos industriais e de utilidade são medidos em MVA, pois os números são grandes o suficiente para tornar o kVA impraticável. Também não há limite inferior para a unidade, sendo 0,5 MVA um tamanho típico para um transformador de médio porte, tornando-o um valor perfeitamente válido. Mas a convenção é tal que MVA é usado apenas para equipamentos grandes.
Por que a Potência Aparente Existe
A razão pela qual a engenharia elétrica requer uma medida diferente de watts é porque os dispositivos têm limitações que são independentes do trabalho produtivo.
A capacidade de um transformador é ditada por duas limitações físicas. Seu isolamento de enrolamento é capaz de suportar uma tensão específica antes de falhar; assim, a limitação de tensão é determinada. Seus enrolamentos e núcleo podem dissipar uma quantidade definida de calor antes que a temperatura do isolamento ultrapasse o limite dos materiais; portanto, a limitação de corrente foi estabelecida. Nenhuma das limitações leva em conta se a corrente está em fase ou não com a tensão. Um transformador que transporta 1000 A a 400 V gera o mesmo calor em seus enrolamentos, seja a carga um aquecedor resistivo com fator de potência 1 ou o motor sem carga com fator de potência 0,3.
É exatamente por isso que a capacidade desses dispositivos é expressa como o produto da tensão e corrente — potência aparente — e não potência real. Se os transformadores fossem em MW, o dispositivo teria que fornecer classificações diferentes para cada fator de potência; portanto, a placa de identificação seria inútil sem conhecer a carga. Medir transformadores em MVA ou kVA torna o valor uma propriedade do dispositivo.
Esse raciocínio também pode ser aplicado a cabos, equipamentos de manobra, geradores e UPS. Todos esses dispositivos são limitados por limites térmicos e tensão de isolamento; portanto, todos são expressos em VA ou seus múltiplos. Quando um comprador encomenda um transformador com capacidade de 2 MVA, significa que sua potência aparente é a potência que o dispositivo entregará continuamente dentro dos limites de temperatura na tensão nominal.
A unidade também serve como uma linguagem comum entre níveis de tensão, razão pela qual aparece em cálculos de falhas e coordenação de proteção. Como as classes de tensão são separadas na prática, e por que o equipamento classificado em MVA em um nível não se parece em nada com seu equivalente em outro, é abordado em a distinção entre instalações de alta tensão e baixa tensão.
MVA, kVA, MW, kW e MVAR Comparados
Cinco unidades diferentes representam potência elétrica, e as “diferenças” entre elas refletem a diferença entre os três componentes do triângulo de potência referidos aqui.
| Unidade | Quantidade | Símbolo | Fórmula | O que descreve |
|---|---|---|---|---|
| MVA / kVA / VA | Potência aparente | S | √3 × VL × IL (trifásico) | A carga total em volt-ampere; define a classificação do equipamento |
| MW / kW / W | Potência real | P | S × cosφ | A potência que realiza trabalho útil e é faturada |
| MVAR / kVAR / VAR | Potência reativa | Q | S × sinφ | A potência que circula em campos magnéticos e elétricos |
| Fator de potência | Razão | PF ou cosφ | P / S | Quanto da potência aparente é útil; 0 a 1 |
A relação entre as três grandezas físicas é determinada por suas inter-relações geométricas; assim, elas formam um triângulo retângulo com a potência aparente representada pela hipotenusa da figura geométrica, portanto, pode-se estabelecer a relação S2 = P2 + Q2. Esta fórmula esclarece a maioria das dúvidas sobre a interpretação dessas unidades: MVA é a hipotenusa, enquanto MW e MVAR formam os catetos do triângulo; o ângulo entre eles é conhecido como fator de potência.
| Tipo de carga | Fator de potência típico | 1 MVA fornece | Notas |
|---|---|---|---|
| Aquecimento resistivo | 1.00 | 1,00 MW | O máximo teórico; raramente alcançado na prática |
| Motores modernos com correção | 0.90-0.95 | 0,90-0,95 MW | Prática industrial boa típica |
| Motores de indução não corrigidos | 0.75-0.85 | 0,75-0,85 MW | Potência reativa é capacidade desperdiçada do ponto de vista do operador |
| Motores e soldadores com carga leve | 0.30-0.60 | 0,30-0,60 MW | Má utilização da classificação do equipamento |
| Retificadores e acionamentos sem filtragem | 0.60-0.80 | 0,60-0,80 MW | Pode haver também distorção harmônica |
A consequência do fato de que existe uma relação constante entre essas unidades é que o fator de potência representa uma questão de capacidade, e não uma questão de faturamento. Assim, se o fator de potência de algo passar de 0,75 para 0,95, haverá um aumento na potência real transferida através do mesmo MVA de equipamento em aproximadamente 25%, o que às vezes significa que não será necessário investir em equipamento adicional.
Leitores que trabalham principalmente com instalações menores tendem a encontrar as mesmas relações expressas em watts e amperes, em vez de em MVA, e a aritmética é idêntica — a mesma relação tensão-corrente-potência reduzida, como em o cálculo da potência em um circuito de 15 ampères.
Como Calcular MVA
Existem quatro cálculos que lidam com a maioria das situações práticas.
- Primeiro, a partir da tensão e corrente (circuito trifásico). S = √3 × VL × IL onde tanto a tensão quanto a corrente estão em valores de linha. Para um circuito trifásico de 400 V com corrente de carga de 500 A, S = 1,732 × 400 × 500 = 346.410 VA ou cerca de 0,346 MVA.
- Segundo, a partir da tensão e corrente (monofásico). S = V × I. Para um circuito monofásico de 230 V com corrente de carga de 100 A, S = 23.000 VA ou 0,023 MVA.
- Terceiro, a partir da potência real e fator de potência. S = P ÷ cosφ. Para a usina com saída de 4 MW com fator de potência de 0,8, S = 4 ÷ 0,8 = 5 MVA. No entanto, se o fator de potência for corrigido para 0,95, então S é apenas 4,21 MVA, pois essa pequena diferença geralmente decide se um transformador pode aceitar a nova carga ou se deve ser substituído.
- Finalmente, a partir de kVA. MVA = kVA ÷ 1.000. A conversão é bastante comum ao comparar um transformador classificado em 750 kVA com seu equivalente maior de 1,5 MVA.
Existem dois refinamentos importantes nos cálculos reais. Primeiro, a potência aparente de uma carga é notoriamente maior do que a simples soma dos elementos cotidianos devido ao fato de que os motores consomem uma corrente de magnetização pesada durante a partida e, além disso, as cargas nunca correspondem totalmente aos seus fatores de diversidade. Segundo, tenha em mente que as classificações dos transformadores são produzidas para certas classes de resfriamento e temperatura ambiente: um transformador de 20 MVA com um sistema de resfriamento pode ter uma classificação de 30 MVA com resfriamento forçado.
Faixas de MVA para Transformadores
As classificações dos transformadores podem ser agrupadas em categorias distintas, e estar familiarizado com qual categoria um projeto pertence fornece muitos insights sobre prazos, método de aquisição e precificação antes da entrega da cotação.
| Classe | Faixa típica de MVA | Tensão típica | Aplicação |
|---|---|---|---|
| Distribuição pequena | 0,025-0,5 MVA | 11-33 kV / 400 V | Unidades montadas em poste e em base servindo alguns edifícios |
| Distribuição | 0,5-5 MVA | 11-33 kV / 400-690 V | Fornecimento comercial e industrial leve, edifícios maiores |
| Potência média | 5-30 MVA | 33-132 kV | Plantas industriais, subestações, pequenos geradores |
| Potência grande | 30-100 MVA | 132-275 kV | Subestações de transmissão, grandes conexões de geração |
| Potência de rede | 100-1.000+ MVA | 275-765 kV | Transmissão em massa, unidades elevadoras de geradores |
Como MVA mede a potência aparente, segue-se que a potência real de saída de um transformador é menor que a classificação em MVA. A saída de um transformador classificado em 5 MVA operando com fator de potência de 0,85 seria igual a 4,25 MW, com os restantes 0,75 MVAR sendo apenas circulados sem contribuir para o trabalho. Assim, ao dimensionar um transformador para uma demanda dada de potência real, os projetistas dividem esse valor pelo fator de potência assumido enquanto colocam uma margem de segurança para permitir aumento futuro da carga, e o número MVA não é tratado como uma classificação de saída.
O fator de dimensionamento é combinado com impedância, relação de tensão, classe de resfriamento e faixa de taps ao considerar os parâmetros que importam na compra de um transformador, mas como esses parâmetros interagem, especialmente em termos de como a impedância percentual afeta a capacidade e a regulação de tensão, pertence à categoria de especificação em vez das características da placa de identificação. Instalações em escala empresarial frequentemente precisam ser vistas como uma arquitetura completa de distribuição em vez de um conjunto de máquinas individuais, e as considerações de projeto envolvidas são apresentadas em como os sistemas de distribuição são planejados para operações em grande escala.
MVA e Nível de Falha
Outra aplicação significativa do MVA na eletricidade é o cálculo do nível de falha, ou a potência que um sistema pode fornecer a um curto-circuito. A fórmula é a seguinte.
MVA de Falha = √3 × VL (em kV) × Isc (em kA)
Por exemplo, uma rede de 400 Volts com uma corrente de curto-circuito potencial de 25 kA tem um nível de falha de 1,732 × 0,4 × 25 = 17,3 MVA. Se aplicarmos a mesma lógica para 11 kV e 20 kA, obteremos 381 MVA. Isso é mais do que apenas teoria, pois cada equipamento de manobra e proteção instalado deve ter uma capacidade de interrupção ou resistência pelo menos igual ao nível de falha em seu ponto de conexão. Caso contrário, um dispositivo que não seja capaz de interromper a corrente de falha pode ser destruído em vez de funcionar corretamente. Esta é uma das razões pelas quais a capacidade de interrupção é mostrada na placa de identificação de cada disjuntor.
Vale notar que o nível de falha aumenta juntamente com a expansão da rede. Quanto mais transformadores são adicionados em paralelo, mais fontes de geração são conectadas e maior é a capacidade de curto-circuito da alimentação. Todos esses fatores tornam possível que a rede tenha uma corrente de falha elevada mesmo que seu equipamento elétrico permaneça inalterado ao longo do tempo.
Quando um dispositivo deve interromper correntes de falha muito grandes em baixa tensão, a resposta é um disjuntor projetado especificamente para isso, em vez de uma versão maior de um dispositivo moldado, e as diferenças de construção são visíveis no equipamento — o HUW9 690 V 6300 A disjuntor a ar é um exemplo de como o tamanho da estrutura, o controle do arco e a capacidade de condução de corrente escalam juntos quando a carga é medida em centenas de milhares de amperes de corrente de falha prospectiva.
MVA em Geração e Transmissão
Geradores também são classificados em MVA pelo mesmo motivo. Os limites do gerador são definidos devido à corrente do enrolamento e à tensão de isolamento. A placa de identificação do gerador geralmente fornece ambos os valores; por exemplo, pode indicar 150 MVA com um fator de potência de 0,8, produzindo 120 M. O valor em MVA determinará o tamanho da unidade e do equipamento de conexão, enquanto o valor em MW mostrará o que a planta pode realmente vender.
Este sistema de classificação gera um mal-entendido comum. A capacidade de geração de “100MW” resultará na necessidade de muito mais do que 100 MVA de capacidade de transformadores e equipamentos de manobra porque todas as unidades, o próprio gerador, transformador elevador, disjuntor do gerador e fios de conexão são calculados usando métodos de potência aparente. 320MW terá algumas restrições em termos de MVA, pois a 0,8 fator de potência exigirá 125 MVA, o que resulta em uma situação em que projetar de acordo com valores em MW enquanto se aplicam valores em MVA leva a ajustes muito caros e demorados na implementação do projeto.
O sistema de transmissão utiliza MVA para determinar a capacidade do sistema de transmissão; enquanto os acordos de conexão à rede indicam a capacidade tanto em MVA quanto em MW, bem como o fator de potência que deve ser mantido durante a geração. Ultrapassar os limites de MVA e operar fora do intervalo acordado de valores de fator de potência pode levar a penalidades adicionais, fazendo com que fabricantes e grandes consumidores monitorem ambos os valores.
Uso de MVA em Aquisições
Existem quatro etapas acionáveis que transformam a definição em especificação prática.
- Use potência aparente em vez de potência real. O transformador deve ser classificado de acordo com a potência aparente necessária pela carga; isso significa dividir a potência real esperada pelo fator de potência esperado e permitir a margem. O método de cálculo baseado apenas em kW levará a uma subdimensionamento constante do equipamento.
- Defina o fator de potência usado no cálculo. Diferentes cotações para o mesmo transformador “5 MVA” podem envolver diferentes fatores de potência da carga, levando a potências reais variadas. Essa suposição deve ser mencionada na especificação.
- Declare a base da classificação de potência efetiva. O transformador classificado para 20 MVA quando usado em resfriamento natural tem a mesma unidade classificada de forma diferente quando o resfriamento forçado é aplicado. Identifique a classe de resfriamento e a temperatura ambiente.
- Verifique o nível de falha no ponto de conexão. A capacidade de interrupção de todo o equipamento usado em serviço deve ser do valor equivalente ou superior ao MVA de falha com base na responsabilidade de curto-circuito da concessionária. Dispositivos que possuem a classificação apropriada o fazem sob um esquema de certificação reconhecido, e a base na qual um disjuntor é aprovado está estabelecida em os requisitos por trás da certificação UL 489.
FAQ
O que é MVA elétrico?
MVA, ou megavolt-ampere, é uma medida de potência aparente descrita em termos de 1 milhão de volt-amperes, ou 1000 kVA. O cálculo para esse valor é baseado em tensão e corrente, ou a fórmula usada para MVA é √3 x tensão de linha x corrente de linha no caso de circuitos trifásicos. A indicação de MVA é dada para transformadores, geradores, cabos e equipamentos de manobra, pois a capacidade máxima desses dispositivos é determinada pelo valor da tensão de isolamento e aquecimento das bobinas, que dependem da corrente sem levar em consideração a fase da corrente e da tensão. MVA também é usado para o nível de falha de curto-circuito.
O que é um transformador de 2,5 MVA?
É um transformador que possui uma potência de 2,5 megavolt-amperes de potência aparente. Este é o tipo de equipamento geralmente usado para fins industriais e comerciais, transformando uma alta tensão de 11 kV ou 33 kV para uma baixa de cerca de 400 V ou 690 V. O transformador tem um valor de potência real que é inferior ao valor dado em MVA — com um fator de potência igual a 0,85, este transformador pode fornecer 2,1 MW de potência, sendo o restante da potência reativa. Suas dimensões, massa e sistema de resfriamento decorrem de sua potência. Assim, um transformador de 2,5 MVA é um dispositivo considerável que possui tempo de entrega e custo de instalação elevados.
O que é kVA e MVA?
Ambos são unidades de potência aparente, e diferem apenas por um fator de mil; ou seja, 1 MVA = 1.000 kVA. De acordo com uma prática geral, kVA é usado no caso de dispositivos menores como transformadores de distribuição, geradores abaixo de um megawatt, fontes de alimentação ininterrupta e alguma capacidade contratada de um fornecimento individual, enquanto MVA é usado à medida que a quantidade cresce, no caso de transformadores de subestação, unidades elevadoras de geradores e níveis de falha. A conversão é apenas uma questão de mover a vírgula decimal, o que sugere comparação direta uma vez que a escala é conhecida.
Qual é a diferença entre MW e MVA?
MW indica a potência real, que contribui para o trabalho útil, que é calculada e cobrada do cliente. MVA determina a potência aparente ou a carga total em volt-ampere do circuito. Os dois estão conectados através do fator de potência MW = fator de potência * MVA. Por exemplo, se um transformador de 10 MVA com fator de potência 0,9 for usado, ele fornecerá 9 MW. No entanto, no mesmo cenário com fator de potência 0,7, o transformador fornecerá apenas 7 MW da carga. Isso significa que melhorar o fator de potência permitirá fornecer mais potência real pelo mesmo equipamento, tornando a correção do fator de potência uma melhoria de capacidade e um fator de economia de custos.
Referências
- Comissão Eletrotécnica Internacional — IEC 60076 Transformadores de Potência e IEC 60027 Símbolos de Letras
- IEEE — Definições Padrão para Quantidades de Sistemas de Energia e Fator de Potência
- NFPA — Código Elétrico Nacional, Artigo 450 Transformadores e Artigo 110 Classificações de Corrente de Curto-Circuito
- ANSI — Série ANSI C57 Transformadores, Reguladores e Reatores
- Departamento de Energia dos EUA — Orientação sobre Fator de Potência e Eficiência do Sistema de Distribuição
Conclusão
Um megavolt-ampere (abreviado MVA) é implicado em sistemas de energia elétrica como uma unidade de medida para potência. MVA denota o produto da tensão e corrente, indicando potência elétrica para uma determinada tecnologia ou equipamento elétrico. O status especial desfrutado por esta unidade na indústria é estimulado pela conexão restritiva entre seu valor e os dispositivos elétricos, baseando-se na temperatura de isolamento e na tensão de isolamento porque permanecem inalterados pelo ângulo de defasagem entre a corrente e a tensão. É por isso que todos os equipamentos de energia em um sistema de energia geralmente são classificados em MVA e também kVA, e a saída de energia no sistema é apresentada em termos de MW ou kW. MVA é aplicado de três maneiras principais: para o cálculo do tamanho do transformador (transformadores de entrega sendo classificados em não mais que 0,025 MVA, enquanto transformadores de utilidade podem exceder 1.000 MVA), como parte da fórmula para calcular a falha no sistema (cálculo da falha em uma rede dada é a Raiz Quadrada de 3 vezes kV vezes kA), por isso a aplicação de MVA é importante para entender a capacidade dos dispositivos que influenciam a rede.
