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Subestações de energia são centrais de distribuição elétrica fundamentais não apenas para a transmissão de energia das concessionárias aos usuários, mas também para o funcionamento e distribuição elétrica de indústrias, empresas e edifícios residenciais de grande porte.

São as subestações que transformam a energia de alta tensão que circula nas linhas de transmissão do Sistema Interligado Nacional (SIN) em energia com a tensão certa para o consumo doméstico ou industrial.

Mas como isso ocorre?  E o que sua empresa deve levar em conta para projetar, instalar e fazer a manutenção de subestações com economia e segurança?

É o que você verá nesse post, que abordará também:

• O que é uma subestação de energia?
• Quais são as funções de uma subestação?
• Como é feito um projeto de subestação de energia para indústrias, empresas e grandes clientes?
• Quais são os tipos de subestação que você pode instalar em sua empresa?
• Como é feita a instalação de uma subestação de energia de consumidor?
• Qual é a importância e como é feita a manutenção preventiva das subestações de energia?
• O que você precisa levar em conta na hora de contratar uma empresa para instalar uma subestação?

 

O que é uma subestação de energia?

 

As subestações de energia podem ser definidas como conjuntos de equipamentos que transformam tensão e corrente para adequar a energia elétrica às necessidades de transmissão, distribuição e consumo.

Essencialmente, as subestações contam com equipamentos de proteção e transformadores que rebaixam ou elevam a tensão da energia para diversas finalidades. De acordo com elas, as subestações podem ser:

• Subestações de energia elevatórias

São instaladas junto às usinas geradoras. Elas elevam a tensão para que a energia seja transmitida aos centros de consumo de modo econômico.

Isso ocorre porque, quanto maior a tensão, menores são as perdas geradas no transporte pelo aquecimento da eletricidade com os condutores das linhas de transmissão (conhecido como efeito Joule).

• Subestações de energia de distribuidoras

Reduzem a tensão ao chamado “nível primário de distribuição”, com valores padronizados iguais ou superiores a 2,3 kV – a chamada média tensão.

Também conhecidas como “estações de transmissão”, concentram grandes blocos de carga. E estes são conduzidos às estações de “subtransmissão” das distribuidoras, mais próximas aos pontos de consumo.

• Subestações de energia rebaixadoras

Localizadas junto às cidades, diminuem a tensão ao nível próprio para a população.

Devido à ação das subestações rebaixadoras, consumidores finais recebem a energia em baixa tensão (110 a 440 V).

 

 

• Subestações de energia de consumidores

Grandes consumidores (com potência instalada igual ou superior a  75 kW) são abastecidos em tensão primária. Ou seja, recebem energia em média tensão, diretamente das estações de subtransmissão ou da rede da concessionária local.

Por isso grandes indústrias, centros comerciais, edifícios, condomínios residenciais, supermercados, hospitais e obras ou eventos que necessitam de cargas elevadas precisam ter suas próprias subestações transformadoras.

Em geral, as subestações de consumidores transformam a energia de média para baixa tensão. Dessa forma, ela pode ser utilizada em máquinas e equipamentos industriais, hospitalares ou comerciais.

Veremos agora o que deve ser levado em conta na hora de projetar uma subestação de energia para grandes consumidores.

 

 

Projeto de Subestação Consumidora

 

O primeiro passo para a construção de uma subestação de energia de consumo industrial ou comercial é fazer um projeto para definir aspectos como:

• Local da instalação da subestação dentro do terreno da empresa.
• Tipo, potência e dimensionamento da subestação, de acordo com o levantamento da demanda energética.
• Como será feita a derivação a partir da rede da concessionária local.
• Que tipo de cabo e de tubulação será utilizado no projeto.

O projeto começa com o cálculo de demanda a ser contratada. Ou seja, o projetista define quanta energia é necessária para suprir as cargas elétricas. E assim garantir as atividades da indústria, comércio ou edifício.

Com base nesse estudo, é calculada a potência ideal dos transformadores, chaves seccionadoras, disjuntores e dos equipamentos de proteção da subestação, como para-raios e aterramento.

 

Viabilidade econômica da subestação de energia industrial ou comercial

 

Além de priorizar o correto dimensionamento para a construção de subestações, o projetista deverá levar em conta o fator econômico. Este começa com o levantamento de cargas para a definição de potência e do número de subestações e transformadores a serem instalados na planta industrial.

Um projeto que garanta a melhor economia possível para a indústria deve considerar fatores essenciais, como, no geral:

• Quanto menor for a subestação de energia, maior será o custo por kVA de energia.
• Por outro lado, quanto mais subestações uma indústria tiver, mais cabos de média tensão precisarão ser instalados.
• Em compensação, menor será a quantidade de cabeamento de baixa tensão.
• Equipamentos subdimensionados representam insegurança energética ao sistema elétrico.
• Enquanto isso, equipamentos superdimensionados elevam os custos de construção e manutenção do fornecimento de energia.

Para chegar à decisão mais econômica, o projeto de subestação de energia precisa ser bem adequado aos equipamentos e cargas da planta industrial.

“É muito importante realizar o correto dimensionamento da subestação de transformação, fazendo com que o cliente não gaste mais do que o necessário – explica Mauro Nascimento Costa, diretor da OMS Engenharia.

“Ao mesmo tempo, deve ser prevista infraestrutura capaz de suportar aumentos de carga futuros. Um bom estudo exige empresas com experiência e profissionais capacitados para a elaboração do projeto”.

Com o tamanho e a potência da subestação definidos, é hora de escolher o local disponível para a instalação da subestação.

Esse é um ponto crucial para se determinar qual será o sistema construtivo ou “tipo de subestação” de energia ideal para o projeto.

 

Tipos de subestação de energia

 

As subestações de energia podem ser projetadas para instalação em ambientes internos ou externos. Podem, também, ser instaladas em câmaras subterrâneas, ou “subestações semienterradas”.

A escolha do tipo de subestação ideal é feita de acordo com a potência necessária. Também com os espaços destinados à instalação dos equipamentos e até mesmo o custo do projeto.

De acordo com o tipo de subestação de energia escolhido, são definidos requisitos técnicos que devem estar de acordo com os critérios de segurança da fornecedora de energia e de normas brasileiras do setor.

Veremos, a seguir, quais são os tipos de subestação de energia mais utilizados, bem como seus padrões construtivos.

 

1. Subestações de energia externas

 

 

São instaladas em campo aberto ou no exterior das indústrias. Portanto, ficam expostas ao tempo.

Como geralmente não são “cabinadas”, ou seja, protegidas em cabines, as subestações de energia externas necessitam de equipamentos com proteções contra a ação do tempo.

Isso porque intempéries como chuva, sol, vento, raios e poluição podem causar danos ou desgastes de componentes.

Por esse motivo, subestações de energia externas costumam gerar um custo mais elevado de instalação. Além de manutenções mais frequentes, o que deve ser muito bem avaliado no projeto.

As subestações exteriores podem ser:

– Térreas: com transformadores instalados em bases de concreto no solo e proteções, como para-raios, em estruturas elevadas.

–  Aéreas: com transformadores fixados em torres, postes, na cobertura de edifícios ou em plataformas elevadas.

 

 

2. Subestações de energia internas

 

 

Também chamadas de “subestações abrigadas”, são construídas em abrigos metálicos ou de alvenaria.

Como os equipamentos da subestação interna são instalados no interior de construções, não ficam sujeitos à ação de intempéries, possibilitando menor custo e manutenção simplificada.

De fácil montagem, as subestações de energia abrigadas são muito comuns em ambientes industriais, empresas e edifícios comerciais ou residenciais. Podem ser:

 

Cabines metálicas

 

Com transformadores e equipamentos principais instalados em abrigos metálicos, essas subestações costumam ser compactas. Por isso são ideais para pequenos espaços, sendo amplamente utilizadas em indústrias e empresas.

Podem ser instaladas tanto em módulos metálicos dentro de edificações quanto no pátio da planta industrial ou da empresa.

É o caso da subestação de energia projetada e executada pela OMS Engenharia para a Sorvetes Bapka. A indústria, que fica na região de Curitiba, passou por um refrofit elétrico para readequar suas instalações ao crescimento da demanda produtiva.

 

 

“Nós executamos tudo, desde a entrada de energia em alta tensão, aumentando e preparando o fornecimento de energia para a demanda atual e futura” – conta Mauro Costa, diretor da OMS.

Na reforma elétrica, uma subestação de energia com um transformador de 500 kVA foi instalada. A partir dela, a eletricidade foi redistribuída aos variados setores da planta industrial com oito quadros de energia. Todos setorizados por um novo QGBT (quadro geral de baixa tensão).

“Fizemos tudo dentro de um conceito e de tecnologias modernas, para que a gente possa crescer sem ter problemas de abastecimento elétrico nos próximos anos” – conta Luiz Varela, presidente da Sorvetes Bapka.

Com a implantação da subestação e a reforma das instalações elétricas, a empresa deixou de ter prejuízos com paralisações por quedas no fornecimento de energia.

→ Neste vídeo você pode ver como foi retrofit elétrico da indústria. E conhecer a subestação de energia instalada na Bapka pela OMS Engenharia.

 

Cubículos metálicos para subestações de energia modulares

 

Empreendimentos comerciais com espaço mais restrito, como shoppings ou edifícios, podem ter pequenas subestações de energia instaladas em cubículos metálicos que ficam dentro da edificação.

Esses cubículos podem ser blindados e compactos, permitindo a instalação de subestações com tamanho reduzido, porém, com preço mais elevado.

Com alta escalabilidade, subestações com estrutura modular podem ser ampliadas à medida que novas cargas são acrescentadas à planta industrial, possibilitando crescimentos na demanda energética.

Dessa forma, permitem miniestações com um único módulo a grandes subestações industriais, comerciais ou residenciais.

 

 

Subestações abrigadas em alvenaria

 

As subestações de energia abrigadas em alvenaria são amplamente utilizadas por consumidores comerciais, industriais, hospitais e condomínios residenciais.

Normalmente, essas subestações são instaladas em abrigos divididos em compartimentos denominados “postos” ou “cabines” de medição, proteção e transformação.

 

 

Na cabine de proteção são instaladas chaves seccionadoras, fusíveis ou disjuntores responsáveis pela proteção da instalação elétrica.

Enquanto isso, outra cabine é destinada aos equipamentos transformadores de força.

Em subestações que alimentem cargas superiores a 225 kVA ou que contenham mais de um transformador, é obrigatória ainda a instalação de uma cabine de medição primária, para uso exclusivo da concessionária fornecedora de energia.

 

 

Há também soluções em alvenaria pré-fabricada, que permitem construir abrigos compactos sobre uma base de concreto no solo. Tanto as estações de concreto quanto as de metal pré-fabricadas devem ser feitas com material adequado às normas técnicas do setor.

 

Subestações de energia subterrâneas e semienterradas

 

Quando empresas, indústrias, hospitais ou edifícios comerciais possuem pouco espaço para a construção da subestação de energia, módulos compactos podem ser instalados em câmaras subterrâneas, acessadas por tampas metálicas na parte superior.

A câmara subterrânea é construída com material certificado segundo normas brasileiras. Além disso, deve ser resistente a fogo e a explosão.

Nas subestações semienterradas, o transformador é instalado semienterrado. Ou parte dos equipamentos ficam abaixo do nível do solo. O objetivo é reduzir a altura da subestação compacta acima do solo.

Tanto as subestações semienterradas quanto as instaladas abaixo do nível do solo exigem câmaras subterrâneas com sistema de drenagem e impermeabilizadas contra infiltração de água. E devem atender às exigências da distribuidora de energia local.

 

Segurança e aprovação do projeto de subestação de energia

 

Projetos de subestação de energia para indústrias, empresas ou edificações residenciais devem ser feitos de acordo com os requisitos de normas como a NBR 14039 e a ABNT NBR 5410.

As normas determinam as condições de fornecimento de energia, instalação, aterramento e proteções ideais para garantir segurança aos usuários da subestação e à rede elétrica.

 

Além de serem elaborados com base na legislação do setor, os projetos de subestações de energia devem ser submetidos a aprovação pela concessionária que atua na região onde serão executados. Portanto, devem levar em conta também as regras determinadas por cada distribuidora local.

A aprovação do projeto de subestação pela concessionária é feita mediante a apresentação de um memorial descritivo em conjunto com o projeto completo, como veremos a seguir.

 

Projeto completo com memorial descritivo

 

O memorial descritivo permite que o projeto da subestação de energia seja realizado com melhor previsão de custo e prazo de conclusão. Para isso, deve detalhar:

• a finalidade do projeto
• o local onde será construída a subestação de energia
• o tipo de subestação
• a carga prevista e o cálculo da demanda
• a descrição do sistema de proteção e dos equipamentos que serão utilizados na subestação.

“Sem a aprovação do projeto pela concessionária, não é feita a ligação da subestação” – explica Henrique Dariva, engenheiro da OMS Engenharia especializado em subestações de energia.

 

 

Instalação de subestações de energia em indústrias e empresas

 

Depois que o projeto de subestação é aprovado pela concessionária de energia local, a instalação da subestação é iniciada com obras civis.

“Começamos fazendo a preparação do terreno, escavações, embutimento de tubulação no solo e instalação das caixas de passagem e dos cabos de baixa e de média tensão” explica o engenheiro.

Nos casos de subestação metálica, é necessário construir ainda a base de concreto que irá suportar a instalação.

Depois de feitas todas as adequações civis, são instalados os componentes da subestação de energia. Componentes como: transformadores, chaves, disjuntores de média e de baixa tensão, quadros de baixa tensão.

Também são passados os cabos, e realizadas as conexões desses condutores de baixa e média tensão.

“Nessa fase da construção de uma subestação de energia, são executados testes prévios no transformador e no disjuntor. É feita ainda a parametrização do relê de proteção do disjuntor de média tensão” – explica o especialista.

Só depois desses testes é feita a ligação da subestação. “Solicitamos à concessionária que envie um representante para avaliar se está tudo certo com a subestação. Ou seja, se ela foi executada de acordo com o projeto e dentro das normas da concessionária.”

Se o resultado da inspeção da concessionária for positivo, o transformador é energizado e o cliente tem energia disponível na tensão de consumo apropriada.

O próximo passo é criar o cronograma de manutenções preventivas. Esse cronograma deve ser iniciado assim que a subestação entra em funcionamento.

 

Manutenção de subestações de energia

 

Além de acidentes elétricos (como curtos, incêndios e explosões), a falta de manutenção de subestações pode causar a interrupção do fornecimento de energia.

Portanto, a manutenção é essencial para evitar a paralisação de indústrias, shoppings, supermercados, empresas e serviços essenciais, como hospitais.

“Toda subestação de energia requer uma manutenção anual. E essa manutenção tem que ser bem feita, para prover segurança à continuidade no fornecimento de energia para a indústria ou edificação” – explica o diretor da OMS Engenharia, Mauro Costa.

O ideal é que empresas com subestações próprias tenham um plano de manutenções programadas de natureza preventiva, preditiva e corretiva.

Enquanto as manutenções de subestação preventivas avaliam e mantém os equipamentos em boas condições para prevenir defeitos, as preditivas são executadas quando problemas já previstos estão prestes a acontecer. As intervenções são feitas de modo planejado, rápido e econômico.

Já as manutenções corretivas são executadas para consertar falhas. Quando não são programadas e ocorrem por falta de manutenções preventivas, precisam ser realizadas em caráter emergencial.

E nesses casos significam, quase sempre, interrupção no fornecimento de energia.

 

O que precisa ser avaliado e como são feitas as manutenções de uma subestação de energia?

 

As manutenções de subestações de energia são realizadas por meio de:

1. Inspeções visuais para descobrir pontos que demonstrem corrosão, vazamento ou deterioração de peças.
2. Análise termográfica para encontrar pontos de superaquecimento, que representam perigo de curtos e desperdício de energia.
3. Testes químicos para avaliar a integridade de óleos isolantes em componentes essenciais da subestação, como transformadores.

Se a análise de óleo do transformador demonstrar sinais de alteração, isso indica que falhas podem ocorrer nesse equipamento, que é o coração da subestação de energia.

Óleo alterado significa que o transformador está gerando ou gerará desperdício por superaquecimento, paralisações frequentes, queima de equipamentos ou do próprio transformador.

Por isso a norma brasileira NBR 7036 determina que a análise do óleo do transformador seja feita, no mínimo, uma vez por ano.

Além de transformadores, as manutenções elétricas programadas avaliam as condições de funcionamento de:

• cabines de medição e controle
• reatores de potência
• bancos de capacitores paralelos
• disjuntores
• chaves seccionadoras
• para-raios
• relés de proteção
• isoladores.

“A manutenção de subestação requer bons profissionais porque precisa de análises físico-químicas. Além dessas análises  precisa de vários testes de prevenção especializados ” – conta Henrique Dariva.

Especialista em subestações de energia, o engenheiro eletricista coordenou a manutenção de subestações em mais de 100 agências do Banco do Brasil no Paraná.

“A OMS fez a manutenção de subestações de todos os tamanhos. Desde postos de transformação de 112,5 kVA até subestações com quase 1 MVA de potência.”

 

Expertise e respeito às normas

 

Os trabalhos de construção e manutenção de subestações de energia envolvem equipamentos em baixa tensão (0,440 kV/0,220 kV), média tensão (13.8 kV) e alta tensão (230 kV, 138 kV, 69 kV, 34 kV).

Um acidente com voltagens tão altas pode ser fatal para trabalhadores. Além de causar graves acidentes com prejuízos patrimoniais e financeiros.

Por isso, na hora de construir uma subestação própria, é muito importante que você contrate empresas de engenharia elétrica com experiência.

E, principalmente, que atendam às normas técnicas e às regras das fornecedoras de energia em todas as etapas do projeto, construção e manutenção da subestação de energia.

Para garantir o cumprimento de normas à risca, a OMS Engenharia realiza treinamentos e atualizações frequentes com seus funcionários.

Em 2020, por exemplo, a empresa propiciou o treinamento para o atendimento à norma NR-10 SEP. Este treinamento padroniza os procedimentos de segurança para obras de alta e média tensão.

Além disso, realizou curso para habilitar seu pessoal técnico na operação de plataformas de trabalho aéreo (conhecidas como “plataformas elevatórias”). As técnicas desse curso são muito utilizadas em manutenções e operações em redes de média e alta tensão.

Portanto, estamos preparados com treinamento e experiência  para realizar o projeto, a construção e a manutenção da subestação de energia de sua empresa!

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