Có nhiều chữ viết tắt trong điện và một trong số đó là MVA. Tuy nhiên, ít người biết chính xác ý nghĩa của chữ viết tắt này trước khi đọc bảng tên của máy biến áp; megavolt-ampere (MVA) là “công suất biểu kiến” liên quan đến tổng công suất hoặc kích thước của mạch điện hoặc hệ thống bất kể khả năng thực hiện công việc hữu ích của nó (tức là công suất thực được gọi là MW). Nói chung, có hai loại công suất được định nghĩa theo công suất máy biến áp: Công suất thực và công suất gọi là “biểu kiến” được mô tả bằng MVA. Việc sử dụng chữ viết tắt MVA đề cập đến việc đo sự phát triển công suất máy biến áp theo hiệu suất tải điện yêu cầu MW, trong khi MVA cũng có thể được sử dụng để đo công suất máy biến áp. Bài viết này sẽ giúp làm sáng tỏ ý nghĩa của MVA và cách phân biệt nó với kVA, MW và kW, tính toán chỉ số này, tìm hiểu các giá trị MVA có thể áp dụng trong thực tiễn máy biến áp.
Thuật ngữ ‘MVA’ đại diện cho đơn vị đo công suất biểu kiến, trong đó một MVA bằng một triệu volt-ampere (V*A) hoặc một triệu volt chia cho một nghìn kilovolt-ampere (kVA). Công suất biểu kiến, được ký hiệu là ‘S’ hoặc thuật ngữ nhân volt/ampe (V*A) là tích của điện áp và dòng điện trong mạch. Công suất biểu kiến cho cả mạch một pha và ba pha được cho như sau: đối với mạch một pha, ‘S’=V*I và đối với mạch ba pha ‘S’=√3(V)(I) (điện áp dây (V) và dòng điện dây (I)). Công suất biểu kiến trong mạch bao gồm cả công suất sử dụng được và không sử dụng được trong mạch. Để tính công suất sử dụng được (công suất hoạt động) (MW), công suất biểu kiến phải được nhân với Hệ số Công suất (PF) trong đó hệ số công suất được biểu thị dưới dạng số thập phân hoặc phần trăm thể hiện tỷ lệ công suất thực tế do mạch tạo ra.
Ý nghĩa của MVA
Các chữ viết tắt được phân tích dễ dàng. Chữ cái viết hoa M đại diện cho ký hiệu quốc tế chuẩn mega, nghĩa là một triệu. VA là viết tắt của volt-ampere, đề cập đến đơn vị công suất biểu kiến được tạo ra từ tích điện áp tính bằng volt và dòng điện tính bằng ampe. Do đó, một MVA có nghĩa là 1.000.000 volt-ampere, nghĩa là nếu một mạch chạy 1.000 ampe ở 1.000 volt, nó có công suất bằng 1 MVA.
Tên đơn vị được viết giống như kW và MW, điều này có ưu điểm nhưng cũng có thể gây nhầm lẫn. Mặc dù các thiết bị được đánh dấu 10 MVA cho máy biến áp và 10 MW cho máy phát điện, chúng không phải là thiết bị tương tự; cái đầu tiên chỉ công suất biểu kiến, còn cái sau chỉ công suất thực. Tình huống duy nhất mà cả hai số liệu này chỉ cùng một thiết bị là khi hệ số công suất bằng 1, điều này thực tế không xảy ra.
MVA chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị công suất cao. Ví dụ, các thiết bị dân dụng và thương mại nhỏ thường được đo bằng kVA hoặc ampe; các thiết bị công nghiệp và tiện ích được đo bằng MVA vì các con số đủ lớn để làm cho kVA không thực tế. Không có giới hạn dưới cho đơn vị này, với 0,5 MVA là kích thước điển hình cho một máy biến áp cỡ trung bình, làm cho nó là giá trị hoàn toàn hợp lệ. Nhưng quy ước là MVA chỉ được dùng cho thiết bị lớn.
Tại sao công suất biểu kiến tồn tại
Lý do kỹ thuật điện yêu cầu một phép đo khác ngoài watt là vì các thiết bị có giới hạn độc lập với công việc sản xuất.
Công suất của một máy biến áp được quyết định bởi hai giới hạn vật lý. Lớp cách điện của cuộn dây có thể chịu được một điện áp cụ thể trước khi bị hỏng; do đó, giới hạn điện áp được xác định. Cuộn dây và lõi của nó có thể tản một lượng nhiệt nhất định trước khi nhiệt độ của lớp cách điện vượt quá giới hạn của vật liệu; vì vậy, giới hạn dòng điện đã được đặt ra. Không giới hạn nào tính đến việc dòng điện có cùng pha với điện áp hay không. Một máy biến áp mang dòng 1000 A ở 400 V tạo ra cùng một lượng nhiệt trong cuộn dây dù tải là một bộ sưởi điện trở với hệ số công suất 1 hay động cơ không tải với hệ số công suất 0,3.
Chính vì lý do này mà công suất của các thiết bị này được biểu thị dưới dạng tích của điện áp và dòng điện — công suất biểu kiến — chứ không phải công suất thực. Nếu máy biến áp được tính bằng MW, thiết bị sẽ phải cung cấp các thông số khác nhau cho mỗi hệ số công suất; do đó, bảng tên sẽ vô dụng nếu không biết tải. Việc đo máy biến áp bằng MVA hoặc kVA làm cho con số trở thành thuộc tính của thiết bị.
Lý luận này cũng có thể áp dụng cho cáp, thiết bị đóng cắt, máy phát điện và UPS. Tất cả các thiết bị này đều bị giới hạn bởi giới hạn nhiệt và áp lực cách điện; do đó, tất cả đều được biểu thị bằng VA hoặc các bội số của nó. Khi người mua đặt hàng một máy biến áp có công suất 2 MVA, điều đó có nghĩa là công suất biểu kiến của nó là công suất mà thiết bị sẽ cung cấp liên tục trong giới hạn nhiệt độ ở điện áp định mức.
Đơn vị này cũng phục vụ như một ngôn ngữ chung trên các mức điện áp, đó là lý do nó xuất hiện trong các phép tính lỗi và phối hợp bảo vệ. Cách phân tách các lớp điện áp trong thực tế, và lý do thiết bị định mức bằng MVA ở một mức trông khác hoàn toàn so với thiết bị tương đương ở mức khác, được đề cập trong sự phân biệt giữa lắp đặt điện áp cao và điện áp thấp.
So sánh MVA, kVA, MW, kW và MVAR
Năm đơn vị khác nhau đại diện cho công suất điện, và “sự khác biệt” giữa chúng phản ánh sự khác biệt giữa ba thành phần của tam giác công suất được đề cập ở đây.
| Đơn vị | Đại lượng | Ký hiệu | Công thức | Mô tả |
|---|---|---|---|---|
| MVA / kVA / VA | Công suất biểu kiến | S | √3 × VL × IL (ba pha) | Tổng tải volt-ampere; xác định định mức thiết bị |
| MW / kW / W | Công suất thực | P | S × cosφ | Công suất thực hiện công việc hữu ích và được tính tiền |
| MVAR / kVAR / VAR | Công suất phản kháng | Q | S × sinφ | Công suất tuần hoàn trong các trường từ và điện |
| Hệ số công suất | Tỷ lệ | PF hoặc cosφ | P / S | Phần công suất biểu kiến hữu ích; từ 0 đến 1 |
Mối quan hệ giữa ba đại lượng vật lý được xác định bởi các quan hệ hình học của chúng; do đó, chúng tạo thành một tam giác vuông với công suất biểu kiến được biểu diễn bởi cạnh huyền của hình học, vì vậy quan hệ S2 = P2 + Q2 có thể được thiết lập. Công thức này giải thích hầu hết các nghi ngờ về cách hiểu các đơn vị này: MVA là cạnh huyền, trong khi MW và MVAR tạo thành hai cạnh góc vuông của tam giác; góc giữa chúng được gọi là hệ số công suất.
| Loại tải | Hệ số công suất điển hình | 1 MVA cung cấp | Ghi Chú |
|---|---|---|---|
| Sưởi điện trở | 1.00 | 00 MW | Giá trị lý thuyết tối đa; hiếm khi đạt được trong thực tế |
| Động cơ hiện đại với hiệu chỉnh | 0.90-0.95 | 90-0.95 MW | Thực hành công nghiệp tốt điển hình |
| Động cơ cảm ứng chưa hiệu chỉnh | 0.75-0.85 | 0,75-0,85 MW | Công suất phản kháng là công suất bị lãng phí từ góc nhìn của người vận hành |
| Động cơ và máy hàn tải nhẹ | 0.30-0.60 | 0,30-0,60 MW | Sử dụng kém hiệu quả định mức thiết bị |
| Bộ chỉnh lưu và bộ điều khiển không có lọc | 0.60-0.80 | 0,60-0,80 MW | Có thể có sự méo hài hòa |
Hệ quả của việc có mối quan hệ không đổi giữa các đơn vị này là hệ số công suất thể hiện vấn đề về công suất hơn là vấn đề về thanh toán. Do đó, nếu hệ số công suất của một thiết bị tăng từ 0,75 lên 0,95, sẽ có sự tăng công suất thực truyền qua cùng một MVA của thiết bị khoảng 25%, điều này đôi khi có nghĩa là không cần đầu tư thêm thiết bị.
Những người đọc chủ yếu làm việc với các lắp đặt nhỏ hơn thường gặp các mối quan hệ tương tự được biểu thị bằng watt và ampe thay vì MVA, và phép tính là giống nhau — cùng mối quan hệ điện áp-dòng điện-công suất được thu nhỏ, như trong tính toán công suất watt trên mạch 15 ampe.
Cách tính MVA
Có bốn phép tính liên quan đến hầu hết các tình huống thực tế.
- Thứ nhất, từ điện áp và dòng điện (mạch ba pha). S = √3 × VL × IL trong đó cả điện áp và dòng điện đều là giá trị dòng. Đối với mạch ba pha 400 V với dòng tải 500 A, S = 1.732 × 400 × 500 = 346,410 VA hoặc khoảng 0.346 MVA.
- Thứ hai, từ điện áp và dòng điện (mạch một pha). S = V × I. Đối với mạch một pha 230 V với dòng tải 100 A, S = 23,000 VA hoặc 0.023 MVA.
- Thứ ba, từ công suất thực và hệ số công suất. S = P ÷ cosφ. Đối với nhà máy điện với công suất đầu ra 4 MW và hệ số công suất 0.8, S = 4 ÷ 0.8 = 5 MVA. Tuy nhiên, nếu hệ số công suất được điều chỉnh thành 0.95, thì S chỉ còn 4.21 MVA vì sự khác biệt nhỏ này thường quyết định liệu một máy biến áp có thể chấp nhận tải mới hay phải thay thế.
- Cuối cùng, từ kVA. MVA = kVA ÷ 1,000. Việc chuyển đổi này thường gặp khi so sánh một máy biến áp định mức 750 kVA với phiên bản lớn hơn của nó là 1.5 MVA.
Có hai điểm tinh chỉnh quan trọng trong các phép tính thực tế. Trước hết, công suất biểu kiến của một tải thường lớn hơn tổng đơn giản của các phần tử hàng ngày do các động cơ tiêu thụ dòng điện từ hóa lớn trong quá trình khởi động và hơn nữa, các tải không bao giờ hoàn toàn phù hợp với hệ số đa dạng của chúng. Thứ hai, cần nhớ rằng định mức máy biến áp được sản xuất cho các lớp làm mát và nhiệt độ môi trường nhất định: một máy biến áp 20 MVA với một hệ thống làm mát có thể có định mức 30 MVA với làm mát cưỡng bức.
Phạm vi MVA cho Máy biến áp
Định mức máy biến áp có thể được nhóm thành các loại đặc trưng, và việc quen thuộc với loại nào trong dự án cung cấp nhiều thông tin về thời gian giao hàng, phương pháp mua sắm và giá cả trước khi báo giá.
| Lớp | Phạm vi MVA điển hình | Điện áp điển hình | Ứng dụng |
|---|---|---|---|
| Phân phối nhỏ | 025-0.5 MVA | 11-33 kV / 400 V | Các đơn vị gắn trên cột và gắn trên đế phục vụ một vài tòa nhà |
| Phân phối | 5-5 MVA | 11-33 kV / 400-690 V | Cung cấp thương mại và công nghiệp nhẹ, các tòa nhà lớn hơn |
| Công suất trung bình | 5-30 MVA | 33-132 kV | Nhà máy công nghiệp, trạm biến áp, máy phát nhỏ |
| Công suất lớn | 30-100 MVA | 132-275 kV | Trạm biến áp truyền tải, kết nối phát điện lớn |
| Công suất lưới | 100-1,000+ MVA | 275-765 kV | Truyền tải khối lượng lớn, các đơn vị tăng áp máy phát |
Vì MVA đo công suất biểu kiến, nên công suất đầu ra thực tế của một máy biến áp nhỏ hơn định mức MVA. Công suất đầu ra của một máy biến áp định mức 5 MVA hoạt động với hệ số công suất 0.85 sẽ bằng 4.25 MW, phần còn lại 0.75 MVAR chỉ được tuần hoàn mà không đóng góp công suất. Do đó, khi xác định kích thước máy biến áp cho một nhu cầu công suất thực nhất định, các nhà thiết kế chia giá trị này cho hệ số công suất giả định đồng thời đặt một biên an toàn để cho phép tăng tải trong tương lai, và số MVA không được coi là định mức đầu ra.
Hệ số kích thước được kết hợp với trở kháng, tỷ lệ điện áp, lớp làm mát và phạm vi lấy mẫu khi xem xét các tham số quan trọng khi mua máy biến áp, nhưng cách các tham số này tương tác, đặc biệt là về cách phần trăm trở kháng ảnh hưởng đến công suất và điều chỉnh điện áp thuộc về loại đặc điểm kỹ thuật hơn là đặc điểm trên bảng tên. Các cơ sở quy mô doanh nghiệp thường cần được xem xét như một kiến trúc phân phối hoàn chỉnh thay vì như một tập hợp các máy riêng lẻ, và các cân nhắc thiết kế liên quan được trình bày trong.
cách hệ thống phân phối được lập kế hoạch cho các hoạt động quy mô lớn
MVA và Mức Độ Sự Cố.
MVA lỗi = √3 × VL (tính bằng kV) × Isc (tính bằng kA)
Ví dụ, một mạng điện 400 Volt với dòng ngắn mạch tiềm năng 25 kA có mức lỗi là 1.732 × 0.4 × 25 = 17.3 MVA. Nếu áp dụng cùng logic cho 11 kV và 20 kA, ta sẽ có 381 MVA. Điều này không chỉ là lý thuyết vì mỗi thiết bị đóng cắt và thiết bị bảo vệ được lắp đặt phải có khả năng ngắt hoặc chịu đựng ít nhất bằng mức lỗi tại điểm kết nối của nó. Nếu không, một thiết bị không thể ngắt dòng lỗi có thể bị cháy thay vì hoạt động đúng chức năng. Đây là một trong những lý do tại sao khả năng ngắt được ghi trên bảng tên của mỗi bộ ngắt mạch.
Cần lưu ý rằng mức lỗi tăng lên cùng với sự mở rộng của mạng lưới. Càng nhiều máy biến áp được thêm song song, càng nhiều nguồn phát được kết nối và công suất ngắn mạch của nguồn cung cấp càng tăng. Tất cả các yếu tố này làm cho mạng lưới có thể có dòng lỗi cao ngay cả khi thiết bị điện không thay đổi theo thời gian.
Khi một thiết bị phải ngắt dòng lỗi rất lớn ở điện áp thấp, giải pháp là bộ ngắt mạch được thiết kế chuyên dụng thay vì phiên bản lớn hơn của thiết bị vỏ đúc, và sự khác biệt về cấu tạo có thể thấy rõ trên thiết bị — Bộ ngắt mạch không khí HUW9 690 V 6300 A là ví dụ về cách kích thước khung, kiểm soát hồ quang và khả năng mang dòng được mở rộng cùng nhau khi nhiệm vụ được đo bằng hàng trăm nghìn ampe dòng lỗi dự kiến.
MVA trong Phát điện và Truyền tải
Máy phát cũng được định mức bằng MVA vì lý do tương tự. Giới hạn của máy phát được xác định bởi dòng cuộn dây và điện áp cách điện. Bảng tên của máy phát thường cho cả hai số liệu; ví dụ, nó có thể ghi 150 MVA ở hệ số công suất 0.8, tạo ra 120 M. Số liệu MVA sẽ xác định kích thước của thiết bị và thiết bị kết nối trong khi số liệu MW sẽ cho biết nhà máy có thể bán thực tế bao nhiêu.
Hệ thống định mức này dẫn đến một hiểu lầm phổ biến. Công suất phát điện “100MW” sẽ dẫn đến nhu cầu công suất của máy biến áp và thiết bị đóng cắt lớn hơn nhiều so với 100 MVA vì tất cả các thiết bị, bao gồm máy phát, máy biến áp tăng áp, bộ ngắt mạch máy phát và dây kết nối đều được tính toán theo phương pháp công suất biểu kiến. 320MW sẽ có một số hạn chế về MVA vì ở hệ số công suất 0.8, nó sẽ yêu cầu 125 MVA, dẫn đến tình huống khi thiết kế theo giá trị MW trong khi áp dụng số liệu MVA sẽ gây ra các điều chỉnh rất tốn kém và mất thời gian trong việc triển khai dự án.
Hệ thống truyền tải sử dụng MVA để xác định công suất của hệ thống truyền tải; trong khi các thỏa thuận kết nối lưới điện ghi công suất cả bằng MVA và MW cũng như hệ số công suất cần được thiết lập trong suốt quá trình phát điện. Vượt quá giới hạn MVA và làm việc ngoài khoảng hệ số công suất đã thỏa thuận có thể dẫn đến các hình phạt bổ sung, do đó khiến các nhà sản xuất và người tiêu dùng lớn phải theo dõi cả hai giá trị.
Sử dụng MVA trong Mua sắm
Có bốn bước hành động biến định nghĩa thành thông số kỹ thuật có thể thực hiện được.
- Sử dụng công suất biểu kiến thay vì công suất thực. Máy biến áp được đánh giá theo công suất biểu kiến cần thiết cho tải; điều này có nghĩa là chia công suất thực dự kiến cho hệ số công suất dự kiến và cho phép biên độ. Phương pháp tính toán chỉ dựa trên kW sẽ dẫn đến việc đánh giá thấp thiết bị liên tục.
- Xác định hệ số công suất sử dụng trong tính toán. Các báo giá khác nhau cho cùng một máy biến áp “5 MVA” có thể liên quan đến các hệ số công suất tải khác nhau dẫn đến công suất thực khác nhau. Giả định này nên được đề cập trong thông số kỹ thuật.
- Nêu cơ sở đánh giá công suất hiệu quả. Máy biến áp được đánh giá 20 MVA khi sử dụng làm mát tự nhiên sẽ có cùng đơn vị được đánh giá khác khi áp dụng làm mát cưỡng bức. Xác định lớp làm mát và nhiệt độ môi trường.
- Kiểm tra mức độ lỗi tại điểm kết nối. Khả năng ngắt của tất cả thiết bị sử dụng trong dịch vụ phải có giá trị tương đương hoặc lớn hơn MVA lỗi dựa trên trách nhiệm ngắn mạch của tiện ích. Các thiết bị mang đánh giá phù hợp thực hiện điều này theo một chương trình chứng nhận được công nhận, và cơ sở để phê duyệt bộ ngắt mạch được quy định trong các yêu cầu phía sau chứng nhận UL 489.
Câu hỏi thường gặp
MVA điện là gì?
MVA, hay megavolt-ampere, là đơn vị đo công suất biểu kiến được mô tả theo đơn vị 1 triệu volt-ampe, hoặc 1000 kVA. Công thức tính giá trị này dựa trên điện áp và dòng điện, hoặc công thức sử dụng cho MVA là √3 x điện áp dây x dòng điện dây trong trường hợp mạch ba pha. Chỉ số MVA được đưa ra cho máy biến áp, máy phát điện, cáp và thiết bị đóng cắt vì công suất tối đa của các thiết bị này được xác định bởi giá trị điện áp cách điện và nhiệt độ cuộn dây phụ thuộc vào dòng điện mà không xét đến pha của dòng điện và điện áp. MVA cũng được sử dụng cho mức độ lỗi ngắn mạch.
Máy biến áp 2.5 MVA là gì?
Đây là một máy biến áp có công suất 2,5 megavolt-ampe công suất biểu kiến. Đây là loại thiết bị thường được sử dụng cho mục đích công nghiệp và thương mại, biến đổi điện áp cao 11 kV hoặc 33 kV thành điện áp thấp khoảng 400 V hoặc 690 V. Máy biến áp có giá trị công suất thực thấp hơn giá trị được cho bằng MVA — với hệ số công suất bằng 0,85, máy biến áp này có thể cung cấp 2,1 MW công suất với phần còn lại là công suất phản kháng. Kích thước, khối lượng và hệ thống làm mát của nó phụ thuộc vào công suất. Do đó, một máy biến áp 2,5 MVA là một thiết bị khá lớn với thời gian giao hàng và chi phí lắp đặt cao.
kVA và MVA là gì?
Cả hai đều là đơn vị của công suất biểu kiến, và chúng chỉ khác nhau bởi một hệ số nghìn; tức là 1 MVA = 1.000 kVA. Theo thực tiễn chung, kVA được sử dụng cho các thiết bị nhỏ hơn như máy biến áp phân phối, máy phát điện dưới một megawatt, nguồn điện không gián đoạn, và một số công suất hợp đồng của nguồn cung cấp cá nhân, trong khi MVA được sử dụng khi công suất tăng lớn trong trường hợp máy biến áp trạm biến áp, bộ tăng áp máy phát điện và mức độ ngắn mạch. Việc chuyển đổi chỉ là vấn đề di chuyển dấu thập phân, điều này cho phép so sánh trực tiếp khi biết quy mô.
Sự khác biệt giữa MW và MVA là gì?
MW biểu thị công suất thực, đóng góp vào công việc hữu ích, được tính toán và tính phí cho khách hàng. MVA xác định công suất biểu kiến hoặc tổng tải volt-ampe của mạch. Hai đại lượng này liên kết với nhau qua hệ số công suất MW = hệ số công suất * MVA. Ví dụ, nếu một máy biến áp 10 MVA với hệ số công suất 0,9 được sử dụng, nó sẽ cung cấp 9 MW. Tuy nhiên, trong cùng kịch bản với hệ số công suất 0,7, máy biến áp chỉ cung cấp 7 MW tải. Điều này có nghĩa là cải thiện hệ số công suất sẽ cho phép cung cấp nhiều công suất thực hơn bằng cùng một thiết bị, làm cho việc điều chỉnh hệ số công suất trở thành một cải tiến công suất và yếu tố tiết kiệm chi phí.
Tài liệu tham khảo
- Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế — IEC 60076 Máy biến áp điện và IEC 60027 Ký hiệu chữ cái
- IEEE — Định nghĩa Chuẩn cho Các Đại lượng Hệ Thống Điện và Hệ số Công suất
- NFPA — Bộ Quy tắc Điện Quốc gia, Điều 450 Máy biến áp và Điều 110 Đánh giá Dòng ngắn mạch
- ANSI — Chuỗi máy biến áp ANSI C57, Bộ điều chỉnh và Cuộn cảm
- Bộ Năng lượng Hoa Kỳ — Hướng dẫn Hệ số Công suất và Hiệu suất Hệ thống Phân phối
Kết luận
Một megavolt-ampere (viết tắt MVA) được sử dụng trong các hệ thống điện như một đơn vị đo công suất. MVA biểu thị tích của điện áp và dòng điện, đại diện cho công suất điện cho một công nghệ hoặc thiết bị điện nhất định. Vị thế đặc biệt của đơn vị này trong ngành được thúc đẩy bởi mối liên hệ chặt chẽ giữa giá trị của nó và các thiết bị điện dựa trên nhiệt độ cách điện và điện áp cách điện vì chúng không bị ảnh hưởng bởi góc trễ giữa dòng điện và điện áp. Đó là lý do tại sao tất cả thiết bị năng lượng trong hệ thống điện thường được định mức bằng MVA và cũng bằng kVA, và công suất đầu ra trong hệ thống được trình bày theo MW hoặc kW. MVA được áp dụng theo ba cách chính: để tính kích thước máy biến áp (máy biến áp phân phối được định mức không quá 0,025 MVA, trong khi máy biến áp tiện ích có thể vượt quá 1.000 MVA), như một phần của công thức tính lỗi trong hệ thống (tính lỗi trong một mạng nhất định là Căn bậc hai của 3 nhân với kV nhân với kA), đó là lý do tại sao việc áp dụng MVA quan trọng để hiểu công suất của các thiết bị ảnh hưởng đến mạng lưới.
