Subestações de Energia: A Essência da Distribuição Elétrica para Indústrias e Grandes Consumidores

As subestações de energia desempenham um papel crucial na distribuição elétrica, não apenas facilitando a transmissão de energia das concessionárias para os usuários, mas também assegurando o fornecimento adequado para indústrias, empresas e grandes edifícios residenciais.

Essas instalações são responsáveis por converter a energia de alta tensão presente nas linhas de transmissão do Sistema Interligado Nacional (SIN) em níveis de tensão adequados para uso doméstico e industrial.

Mas como esse processo acontece? E o que sua empresa deve considerar ao projetar, instalar e manter subestações de forma econômica e segura?

Neste post, vamos explorar os seguintes tópicos:

• O que é uma subestação de energia?
• Quais são as funções de uma subestação?
• Como é elaborado um projeto de subestação para indústrias e grandes clientes?
• Quais tipos de subestações podem ser instaladas em sua empresa?
• Como ocorre a instalação de uma subestação de energia para consumidores?
• Qual a importância da manutenção preventiva das subestações e como ela é realizada?
• O que considerar ao contratar uma empresa para a instalação de uma subestação?

O que é uma Subestação de Energia?

As subestações de energia são sistemas compostos por equipamentos que ajustam a tensão e a corrente elétrica, adequando a energia elétrica às demandas de transmissão, distribuição e consumo.

Essencialmente, essas instalações incluem equipamentos de proteção e transformadores, que elevam ou reduzem a tensão da energia para diferentes finalidades. As subestações podem ser classificadas em três tipos principais:

1. Subestações Elevatórias

• Localizadas próximas às usinas geradoras, essas subestações aumentam a tensão da energia para que ela possa ser transmitida de forma econômica até os centros de consumo. Isso é vantajoso, pois uma tensão mais alta reduz as perdas durante o transporte, minimizando o aquecimento da eletricidade nos condutores das linhas de transmissão (efeito Joule).

1. Subestações de Distribuição

• Essas subestações diminuem a tensão para o chamado “nível primário de distribuição”, que é igual ou superior a 2,3 kV, conhecido como média tensão. Também chamadas de “estações de transmissão”, elas concentram grandes blocos de carga e distribuem essa energia para as estações de “subtransmissão” das distribuidoras, que estão mais próximas dos pontos de consumo.

1. Subestações Rebaixadoras

• Situadas nas proximidades das áreas urbanas, essas subestações reduzem a tensão ao nível adequado para o consumo populacional. Graças a elas, os consumidores finais recebem a energia em baixa tensão, variando de 110 a 440 V.

Subestações de Energia para Consumidores

Grandes consumidores de energia, 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.

Dessa forma, setores como indústrias, centros comerciais, edifícios, condomínios residenciais, supermercados, hospitais e eventos que demandam cargas elevadas precisam contar com suas próprias subestações transformadoras.

Essas subestações geralmente têm a função de converter a energia de média tensão para baixa tensão, tornando-a adequada para o uso em máquinas e equipamentos industriais, hospitalares ou comerciais.

A seguir, abordaremos os principais aspectos a serem considerados ao 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

Essas subestações são instaladas em áreas externas ou no campo, ficando, portanto, expostas às intempéries.

Como geralmente não são “cabinadas” (ou seja, não estão protegidas em cabines), as subestações de energia externas precisam contar com equipamentos que ofereçam proteção contra as condições climáticas.

Intempéries como chuva, sol, vento, raios e poluição podem causar danos e desgastes nos componentes. Por isso, a instalação de subestações externas costuma ter um custo mais elevado e requer manutenções mais frequentes, o que deve ser cuidadosamente considerado no projeto.

As subestações externas podem ser classificadas em:

• Térreas: com transformadores instalados em bases de concreto no solo, acompanhados de proteções, como para-raios, em estruturas elevadas.
• Aéreas: com transformadores fixados em torres, postes, coberturas de edifícios ou plataformas elevadas.

Subestações de Energia Internas

Conhecidas como “subestações abrigadas”, essas instalações são construídas em abrigos metálicos ou de alvenaria. Por estarem localizadas dentro de edificações, os equipamentos das subestações internas não ficam expostos às intempéries, o que resulta em custos mais baixos e uma manutenção mais simplificada.

As subestações de energia abrigadas são de fácil montagem e são frequentemente utilizadas em ambientes industriais, empresas e edifícios comerciais ou residenciais. Elas podem ser classificadas como:

Cabines Metálicas

Essas subestações são equipadas com transformadores e outros dispositivos principais instalados em abrigos metálicos compactos, tornando-as ideais para espaços reduzidos. São amplamente utilizadas em indústrias e empresas.

Podem ser instaladas em módulos metálicos dentro de edificações ou em áreas externas, como o pátio da planta industrial.

Um exemplo é a subestação de energia projetada e executada pela OMS Engenharia para a Sorvetes Bapka, localizada na região de Curitiba. A indústria passou por um retrofit elétrico para adaptar suas instalações ao aumento da demanda produtiva.

“Realizamos todas as etapas, desde a entrada de energia em alta tensão até a preparação do fornecimento para atender à demanda atual e futura”, afirma Mauro Costa, diretor da OMS.

Durante a reforma elétrica, uma subestação de energia com um transformador de 500 kVA foi instalada. A partir dela, a eletricidade foi redistribuída para os diversos setores da planta industrial, por meio de oito quadros de energia, todos organizados em um novo QGBT (quadro geral de baixa tensão).

“Implementamos um projeto baseado em conceitos e tecnologias modernas, garantindo que possamos crescer sem enfrentar problemas de abastecimento elétrico nos próximos anos”, explica Luiz Varela, presidente da Sorvetes Bapka.

Com a instalação da subestação e a reforma das instalações elétricas, a empresa eliminou prejuízos causados por interrupções no fornecimento de energia.

→ Neste vídeo, você pode conferir o 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 limitado, como shoppings ou edifícios, podem instalar pequenas subestações de energia em cubículos metálicos localizados dentro da edificação.

Esses cubículos podem ser blindados e compactos, permitindo a instalação de subestações menores, embora a um custo mais elevado.

Com alta escalabilidade, as subestações modulares podem ser ampliadas conforme novas cargas forem adicionadas à planta industrial, possibilitando adaptações para atender à crescente demanda energética.

Assim, é possível ter miniestações com um único módulo ou grandes subestações industriais, comerciais ou residenciais.

Subestações Abrigadas em Alvenaria

As subestações de energia em alvenaria são bastante comuns entre consumidores comerciais, industriais, hospitais e condomínios residenciais.

Geralmente, essas subestações são instaladas em estruturas que contêm compartimentos conhecidos como “postos” ou “cabines” de medição, proteção e transformação.

Na cabine de proteção, são instalados dispositivos como chaves seccionadoras, fusíveis ou disjuntores, que garantem a proteção da instalação elétrica.

Outra cabine é dedicada aos transformadores de força.

Em subestações que atendem a cargas superiores a 225 kVA ou que possuem mais de um transformador, é obrigatória a instalação de uma cabine de medição primária, que deve ser utilizada exclusivamente pela concessionária fornecedora de energia.

Existem também soluções em alvenaria pré-fabricada, que possibilitam a construção de abrigos compactos sobre uma base de concreto no solo. Tanto as estações de concreto quanto as metálicas pré-fabricadas devem ser fabricadas com materiais que atendam às normas técnicas do setor.

Subestações de Energia Subterrâneas e Semienterradas

Quando empresas, indústrias, hospitais ou edifícios comerciais dispõem de espaço limitado para a construção de uma subestação de energia, módulos compactos podem ser instalados em câmaras subterrâneas, acessíveis por tampas metálicas na parte superior.

A câmara subterrânea deve ser construída com materiais certificados de acordo com as normas brasileiras e deve ser resistente a fogo e explosões.

Nas subestações semienterradas, o transformador é parcialmente enterrado, reduzindo a altura da subestação acima do solo.

Tanto as subestações semienterradas quanto as subterrâneas requerem câmaras equipadas com sistemas de drenagem e impermeabilização para evitar infiltrações de água, além de atender às exigências da distribuidora de energia local.

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Segurança e Aprovação do Projeto de Subestação de Energia

Os projetos de subestação de energia para indústrias, empresas ou edificações residenciais devem seguir as diretrizes estabelecidas por normas como a NBR 14039 e a ABNT NBR 5410. Essas normas definem as condições para fornecimento de energia, instalação, aterramento e proteções necessárias para garantir a segurança dos usuários e da rede elétrica.

Além de serem elaborados em conformidade com a legislação do setor, os projetos de subestações de energia devem ser submetidos à aprovação da concessionária que opera na área onde serão implementados, considerando também as regras específicas de cada distribuidora.

A aprovação do projeto pela concessionária requer a apresentação de um memorial descritivo juntamente com o projeto completo, conforme detalharemos a seguir.

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Projeto Completo com Memorial Descritivo

O memorial descritivo facilita a elaboração do projeto da subestação de energia, proporcionando uma melhor previsão de custos e prazos de conclusão. Ele deve incluir:

• A finalidade do projeto
• O local da construção da subestação
• 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, a ligação da subestação não pode ser realizada”, explica Henrique Dariva, engenheiro da OMS Engenharia especializado em subestações de energia.

Instalação de Subestações de Energia em Indústrias e Empresas

Após a aprovação do projeto de subestação pela concessionária de energia local, a instalação se inicia com as obras civis.

“Começamos preparando o terreno, realizando escavações, embutindo tubulações no solo e instalando caixas de passagem e cabos de baixa e média tensão”, explica o engenheiro.

No caso de subestações metálicas, também é necessária a construção de uma base de concreto para suportar a instalação.

Uma vez concluídas as adequações civis, são instalados os componentes da subestação, incluindo transformadores, chaves, disjuntores de média e baixa tensão, e quadros de baixa tensão. Também são passados os cabos e realizadas as conexões dos condutores.

“Nessa fase da construção da subestação, realizamos testes preliminares no transformador e no disjuntor, além da parametrização do relé de proteção do disjuntor de média tensão”, esclarece o especialista.

Somente após esses testes é que a subestação é energizada. “Solicitamos à concessionária que envie um representante para verificar se tudo está conforme o projeto e as normas da concessionária.”

Se a inspeção for positiva, o transformador é ativado, e o cliente passa a ter energia disponível na tensão apropriada para consumo.

O próximo passo é elaborar um cronograma de manutenções preventivas, que deve ser iniciado assim que a subestação entrar em operação.

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Manutenção de Subestações de Energia

Além de riscos como curtos, incêndios e explosões, a falta de manutenção em subestações pode levar à interrupção do fornecimento de energia.

Por isso, a manutenção é crucial para evitar paralisações em indústrias, shoppings, supermercados, empresas e serviços essenciais como hospitais.

“Cada subestação de energia requer manutenção anual, que deve ser realizada de maneira adequada para garantir a continuidade do fornecimento de energia”, afirma Mauro Costa, diretor da OMS Engenharia.

O ideal é que as empresas com subestações próprias implementem um plano de manutenções programadas, abrangendo atividades preventivas, preditivas e corretivas.

As manutenções preventivas visam avaliar e manter os equipamentos em boas condições para evitar falhas, enquanto as preditivas são realizadas quando problemas já identificados estão prestes a ocorrer. Essas intervenções são feitas de forma planejada, rápida e econômica.

As manutenções corretivas, por sua vez, são realizadas para corrigir falhas. Quando não são programadas e ocorrem devido à falta de manutenções preventivas, precisam ser executadas em caráter emergencial, o que geralmente resulta em interrupções no fornecimento de energia.

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Avaliação e Realização das Manutenções de uma Subestação de Energia

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

• Inspeções visuais para identificar pontos de corrosão, vazamentos ou deterioração de peças.
• Análises termográficas para detectar pontos de superaquecimento, que podem indicar riscos de curtos e desperdício de energia.
• Testes químicos para avaliar a integridade dos óleos isolantes em componentes essenciais, como transformadores.

Se a análise do óleo do transformador indicar alterações, isso pode sinalizar falhas iminentes, visto que o transformador é o componente central da subestação.

Óleo alterado pode resultar em desperdícios por superaquecimento, paralisações frequentes e até a queima do próprio transformador. Por isso, a norma NBR 7036 recomenda que a análise do óleo seja realizada, no mínimo, uma vez por ano.

Além dos 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 subestações exige profissionais qualificados, pois envolve análises físico-químicas e diversos testes especializados”, comenta Henrique Dariva.

Ele, que é especialista em subestações de energia, coordenou a manutenção de mais de 100 agências do Banco do Brasil no Paraná.

“A OMS tem experiência em manter subestações de todos os tamanhos, desde postos de transformação de 112,5 kVA até subestações com quase 1 MVA de potência.”

Expertise e Conformidade com as Normas

Os trabalhos de construção e manutenção de subestações de energia abrangem equipamentos de baixa tensão (0,440 kV/0,220 kV), média tensão (13,8 kV) e alta tensão (230 kV, 138 kV, 69 kV, 34 kV).

Acidentes envolvendo essas altas voltagens podem ser fatais para os trabalhadores e causar danos significativos, tanto patrimoniais quanto financeiros.

Portanto, ao construir uma subestação, é crucial contratar empresas de engenharia elétrica com experiência comprovada. Além disso, essas empresas devem seguir rigorosamente as normas técnicas e as diretrizes das fornecedoras de energia em todas as fases do projeto, construção e manutenção da subestação.

Para assegurar a conformidade com as normas, a OMS Engenharia realiza treinamentos e atualizações frequentes com sua equipe.

Em 2020, por exemplo, a empresa ofereceu um treinamento específico para a norma NR-10 SEP, que padroniza os procedimentos de segurança em obras de alta e média tensão.

Além disso, também foi realizado um curso para capacitar a equipe técnica na operação de plataformas elevatórias, que são amplamente utilizadas em manutenções e operações em redes de média e alta tensão.