Projeto Subestação: tipos, equipamentos e preços

É inegável que no início do Projeto de Subestação não basta a vontade de se fazer, é necessário definir o tipo de subestação, o preço/custo e os equipamentos a serem utilizados. Toda a solução deve seguir padrões normativos que, no caso de Goiás, são as instruções técnicas da Equatorial.

1 – Introdução

Como ponto de partida, precisamos definir o que é subestação. Em termos conceituais, subestação de energia é o conjunto de aparelhos, condutores e equipamentos que possuem a função de transformar as características da energia elétrica em relação a tensão e corrente, permitindo a distribuição adequada da energia nos padrões otimizados de transmissão e consumo.

Em termos gerais, a cadeia do sistema elétrico brasileiro pode ser definido como: Geração, transmissão, distribuição e consumo. Diante disso, cada etapa pode ser classificada quanto a forma de operação das subestações empregadas. Vejamos:

a) Subestação central de transmissão: São subestações, normalmente, construídas próximas à grandes geradores de energia elétrica, cujo objetivo é elevar a tensão para transmitir a energia gerada aos centros de cargas.

b) Subestação receptora de transmissão: São aquelas construídas próximas à grandes blocos de cargas conectados através de linhas de transmissão a uma subestação central de transmissão ou a uma subestação receptora intermediária.

c) Subestação de subtramissão: Esta subestação é a que normalmente encontramos nos meios urbanos. Ela é responsável por receber energia transmitida pelas subestações receptoras e suprir a distribuição de energia aos consumidores por meio de alimentadores de tensão de 69, 34,5 e 13,8kV.

d) Subestação de consumidor: Este tipo de subestação é responsável pelo fornecimento de energia para as casas, comércios, hospitais, alguns tipos de indústrias, entre outros consumos. A localização de instalação se encontra na área do consumo final. Todo o processo de aprovação até a execução, deve possuir a liberação da concessionária local, no caso de Goiânia (Goiás), a Equatorial.

Dessa forma, é importante ressaltar que com o advento da geração distribuída, podemos ter na cadeia mencionada acima, o acréscimo da geração junto ao do consumo, mas este assunto não é objeto deste artigo. Caso queira saber mais sobre o tema preparamos um material que também pode ser visto aqui.

Há entretanto, subestações que podem ser concebidas em diferentes arranjos e tensões de transformação, que podem depender da sua importância e confiabilidade necessária. Dessa forma, podemos classificar também as subestações quanto a classe de tensão, que podem ser:

a) Subestação de média tensão: São aquelas subestações cujo nível de tensão está entre 1,0kV e 36,2kV e, normalmente, sua função está relacionada ao consumo ou à subtransmissão. Sua potência de transformação pode variar entre 10kVA a 7,5MVA, salvo exceções.

b) Subestação de alta tensão: São subestações utilizadas por distribuidoras de energia elétrica, e seu nível de tensão está entre 69kV e 138kV, com potência de transformação normalmente entre 5MVA a 50MVA. Este tipo de subestação também possui a função de alimentação do consumo ou da subtransmissão.

c) Subestações de extra alta tensão: Compreende as subestações utilizadas, predominantemente, na Rede Básica do Sistema Interligado Nacional (SIN) e tem como função ser receptoras de transmissão e centrais de transmissão. Seu nível de tensão operativa é superior a 230kV, com potência que tende a ser superior a 50MVA.

Neste artigo, iremos utilizar a classificação por níveis de tensão, pois este é um dos fatores predominantes para definição de requisitos de soluções e equipamentos adotados pelos critérios normativos e regulamentares brasileiros.

2 – Subestação de Média Tensão

Conforme legislação em vigor, todo consumidor cuja potência instalada seja igual ou superior a 75kW e igual e inferior a 2.500kW deve ser atendido pela concessionária local em tensão primária de distribuição. É necessário que o consumidor atenda as normas de sua respectiva distribuidora de energia para a conexão, que normalmente esta em compatibilidade com as normas técnicas brasileiras, podendo se destacar a ABNT NBR 14039 – Instalações Elétricas de Média Tensão de 1,0kV a 36,2kV. Diante disso, a depender da análise de viabilidade técnica e financeira do projeto, pode ser adotado um ou mais tipos de subestações na instalação, podendo ser: abrigada e ao tempo.

2.1 – Subestação abrigada

É o tipo mais comum de subestação no meio industrial. As subestações abrigadas são aquelas em que os equipamentos e aparelhos são instalados no interior de uma construção fechada com ventilação, ou parcialmente fechada e livre de intempéries. Normalmente, são construídas em alvenaria com estrutura em concreto armado, possuindo iluminação natural por meio de vitrais, iluminação artificial, iluminação de emergência e ventilação natural, sendo em alguns casos forçada.

Em um primeiro momento, será exposto o modelo de subestação abrigada com celas / compartimentos em alvenaria, estrutura muito empregada em padrões normativos antigos das concessionárias e que atualmente vem sendo impedido a implementação por parte destas. A concessionária Equatorial Energia Goiás em sua norma NTC-05 permite a implantação deste tipo de solução, porém uma substituição normativa feita em primeiro de novembro de 2020 pela Especificação Técnica de Conexão 942 – Fornecimento de Energia Elétrica em Tensão Primária de Distribuição até 34,5 kV, que vetou a utilização deste tipo de montagem.

Imagem 1 – Montagem eletromecânica de uma subestação em alvenaria compostas por celas.

Uma das principais características indicadas na montagem da Imagem 1, é que a entrada de energia é feita de forma subterrânea, possuindo divisórias em alvenaria seccionando a subestação em partes, chamadas de baias, que podem ser denominadas como sendo de:

• Entrada: Composta pelo cabo e mufla que faz transição de cabo para barramento de cobre, para-raio e se for o caso, seccionadora com mecanismo de acionamento;
• Medição: Composta por uma estrutura metálica projetada para abrigar os TPs e TCs de medição, cuja estrutura de dutos são conectados continuamente até o painel de medição e faturamento da concessionária.
• Serviços auxiliar: Nessa baia, existe a possibilidade de ser feita de forma separada ou mesmo junto com a baia de proteção. É composta por uma chave seccionadora após a medição da concessionária, e posteriormente transformador potência, denominado transformador de serviços auxiliares.
• Proteção: Esta baia é composta por uma estrutura que abriga os TCs e TPs de proteção elétrica, além de possuir disjuntor com montagem em carrinho associado a um relé de proteção.
• Transformação: Esta baia é utilizada para abrigar o transformador de potência da instalação e dela sairá todos os cabos de baixa tensão que alimentam os quadros elétricos. Dependendo da filosofia de proteção elétrica utilizada esta baia pode contar ainda com chave seccionadora com/sem fusível de proteção.
• Saída: Em alguns casos, a subestação possui saída de alimentador que pode ser feito de forma subterrânea ou área a depender da solução proposta. Em todos os casos, esta coluna é composta basicamente de uma chave seccionadora com/sem fusível de proteção, para-raio e mufla de saída para os cabos.

Contudo, existe a alternativa de utilização de uma subestação da mesma estrutura abrigada, porém com a utilização da solução de cubículo blindado, em substituição às convencionais Baias. Essa solução de montagem vem sendo largamente empregada, sendo uma solução preferencial nas normas das concessionárias nacionais, pois, além de se ter a mesma solução e diversidade na solução abrigada com celas em alvenaria, é possível ter um ambiente testado em fábrica e com proteção de arco elétrico em conformidade com exigências normativas brasileiras, tendo como exemplar, a norma ABNT IEC 62271-200.

Imagem 2 – Montagem eletromecânica de uma subestação em alvenaria com cubículo blindado.

Esta solução utiliza o mesmo princípio da anterior, deve se ter uma casa em alvenaria composta por iluminação natural e artificial, iluminação de emergência e ventilação forçada e/ou natural. No entanto, nesta solução é dispensada as divisórias e é construída uma base de concreto de altura que normalmente é de 100mm para sustentar o cubículo blindado e permitir a entrada e saída subterrânea dos cabos de média tensão e de comando/controle.

A disposição das baias mencionadas e nomeadas anteriormente, são as mesmas desta solução, só que para os cubículos são denominadas colunas que juntas compõem a solução almejada. Lembrando que as colunas são definidas em projeto e cada fabricante possuirá um padrão que deve ser avaliado pela engenharia o atendimento do empreendimento e normas da concessionária.

É inegável que não esgotamos este tema. Para aprender mais sobre este assunto verifique nosso artigo especifico, denominado: Projeto subestação alvenaria.

Comparativo entre as soluções:

• As cabines com baias/celas precisam de mais espaço para aplicação do que as que utilizam cubículos;
• A estética também é comprometida, além da dificuldade de expansões futuras ou mudanças de layout do sistema;
• A solução com cubículos garante maior segurança e proteção dos equipamentos, exigindo baixas manutenções;
• Cubículos garantem operações seguras e possuem baixa manutenção.

2.2 – Subestação ao tempo

Este tipo de subestação é comum em meio urbano com transformadores de até 300kVA, normalmente por não exigir proteção por relé microprocessado e disjuntor na média tensão. Também são utilizadas em ocasiões em que o proprietário não prioriza  a ocultação da subestação, sendo implantada ao longo da área do empreendimento sendo possível a sua visualização detalhada logo nas proximidades. Os equipamentos utilizados nesta solução são específicos para ficar em exposição a intemperes, devendo possuir um nível de proteção no mínimo IP5X.

A solução de proteção não muda da filosofia adotada pela subestação em alvenaria. Dessa forma, podemos classificar as subestações ao tempo em dois modelos de montagem, sendo:

O primeiro é feito por meio de estruturas, dispositivos e equipamentos todos ao tempo, sem emprego de encapsulamento, vide imagem 3 abaixo.

Imagem 3 – Montagem eletromecânica de uma subestação ao tempo em estrutura de poste.

É possível verificar na imagem, que os itens de proteção e isolamento permanecem praticamente os mesmos dos utilizados na subestação em alvenaria, no entanto o que é alterado são as características dos dispositivos. Exemplo: no poste de entrada são utilizados para-raios de uso ao tempo e com fixação em poste, na medição é utilizada a do tipo compacta blindada para fixação em poste, já o religador substitui o disjuntor e o relé microprocessado. Assim, neste tipo de montagem não é permitido transformador a seco sem encapsulamento mínimo de IP5X.

O segundo modelo de montagem é com utilização de cabine metálica. Esta solução é praticamente a mesma utilizada na montagem de subestação de alvenaria com cubículo de média tensão. No entanto, neste é utilizado todas as características de montagem e testes conforme a norma ABNT IEC 62271-200, e se implanta um invólucro de proteção a intemperes com proteção mínima de IP5X. Essas cabines podem utilizar diferentes tecnologias de chaves seccionadoras e disjuntores, que dependem da solução que será aplicada que pode ser isolada a ar e isolada a gás. Veja uma montagem deste tipo de solução na imagem abaixo.

Imagem 4 – Montagem eletromecânica de uma subestação ao tempo com utilização de cabine metálica.

Um dos grandes destaques deste tipo de solução em comparação ao anterior de poste, é que a medição e faturamento da concessionária é feito no interno da cabine metálica economizando além de espaço, ainda contribui para a estética da estrutura. Estes e outros pontos fazem resumir esta montagem, tendo vários pontos positivos que chegam a uma solução compacta, moderna, segura e esteticamente agradável.

Para aprender mais sobre este assunto verifique nosso artigo especifico sobre Projeto subestação ao tempo.

3 – Subestação de Alta Tensão e Extra Alta Tensão

Em soluções em que a demanda de potência é superior a 2500kW o fornecimento poderá ser feito por tensão igual ou superior a 69kV, dependendo da disponibilidade, proximidade e da demanda que será utilizada. Geralmente, o fornecimento de consumo se dá até a alta tensão, concentrando especificamente a extra alta tensão para geração e transmissão de energia elétrica, o que compõem hoje o que conhecemos como Rede Básica do Sistema Interligado Nacional (SIN).

Este tipo de subestação apresenta uma extensão maior das que abordamos anteriormente, além de requisitos e ainda requer um patamar maior de segurança a nível de continuidade do serviço. Esses e outros requisitos são definidos pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) juntos com os procedimentos da Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS).

A dimensão dos equipamentos, a quantidade, os arranjos e seus diversos sistemas auxiliares faz deste tipo de produto um diferencial de qualificação para se projetar. Para este tipo de projeto será citado alguns dos itens que o compõe:

• Planta geral elétrica composta por todos os setores de tensão;
• Cortes indicando todas as vistas e cortes referente a cada vão das linhas de transmissão, barramentos, acoplamento, proteção, transformador, alimentadores e serviços auxiliares.
• Projetos civil da Casa de comando, bases dos equipamentos, planta urbanística, planta de dutos e canaletas, drenagem, caixa de separação de água e óleo;
• Painel de proteção elétrica principal e retaguarda, painel proteção transformador, acoplamento, alimentadores, linha de transmissão, acoplamento, painel de medição e faturamento, painel de oscilografia, painel de serviços auxiliar CA e CC, retificador CA para CC, banco de baterias,
• Gerador de energia elétrica;
• Detalhe de montagem;
• Projeto telecomunicação via cabo OPGW, radio frequência (torre), satélite e etc.

Veja abaixo a montagem deste tipo de projeto de subestação na imagem que segue.

Imagem 5 – Projeto de uma subestação ao tempo de alta tensão 138kV.

4 – Preço / Custo da Subestação

Qual o preço da subestação? Qual o custo do projeto da subestação? Qual o orçamento da execução? Quando se trata de investimento para se ter um retorno, seja ele no consumo de uma indústria ou no comércio é indispensável falar no custo de implantação da subestação.

Todas as perguntas acima, possuem uma única resposta: é necessário contratar uma empresa especialista em projetos! Esta empresa será responsável por fazer todo o Estudo de viabilidade técnica e econômica para soluções em subestações (Conheça mais sobre este assunto no artigo específico, clicando no link).

A solução foi meio óbvia, né? Não achou que sairia deste artigo sabendo tudo e que acertaria os custos da subestação?! Nosso principal objetivo é que entenda que não é fácil para uma pessoa que não tem vivência da área de especialista em projetos, estimar o preço de forma imparcial e economicamente viável. São inúmeras as soluções, os equipamentos, as limitações, os preços atuais do mercado e as restrições de disponibilidade. Veja nosso artigo: Porque não contratar projeto e execução juntos.

Primeiramente, convém destacar que apesar de não ser algo tão objetivo listamos alguns pontos que são essenciais nesta definição da subestação:

• Quanto menor a capacidade da subestação, maior o custo por kVA;
• Definir o número de subestações dentro de uma planta, que depende da localização e concentração de cargas;
• Definir qual será a solução a ser adotada em cada unidade de subestação conforme abordado nos tópicos anteriores, atendendo requisito de disponibilidade, custo global, atendimento normativo da concessionária e a qualidade / confiabilidade desejada;
• Quantidade de cabos de Baixa e Média Tensão;
• Quantidade de equipamentos, tipos, características e a análise financeira dos principais itens: Transformador potência/força, disjuntor/religador, relé proteção, chave seccionadoras, transformador potencial (TP), transformador de corrente (TC), transformador serviço auxiliar, quadro elétricos e equipamentos especiais;
• Levantamento dos preços atuais dos equipamentos e dispositivos empregados no mercado e prazos de fornecimento.

É necessário ainda se falar do processo de execução. Após a etapa ter sido realizada do estudo de viabilidade técnica e econômica e o cliente ter aprovado a solução, tem que se passar para etapa de aprovação da solução junto a concessionária para enfim iniciar o processo de contratação do executor. Esta etapa que para “alguns desavisados” é o processo inicial, deve ser rigorosamente início do processo após os projetos aprovados. Estamos entrando neste assunto, pois é um dos fatores essenciais para definição do custo da obra. Uma coisa é o cliente ir e pedir para que o executor dê o preço da obra pronta, e outra é quando se tem uma documentação mostrando o que ele deve fazer, o que deve comprar e como deve ser feito. Veja o que deve ser entregue ao executor para que se possa fazer o orçamento da obra da subestação:

• Termo de referência indicando o que deve ser feito, quais projetos devem ser executados, o que deve ser fornecido por ele e o que o contratante fornecerá, qual o prazo almejado e as condições que devem ser realizadas;
• Entrega dos projetos aprovados conforme a exigência da concessionária;
• Lista de materiais para que se possa ter a compra assertiva e ter igualdade entre as propostas dos fornecedores orçados e executores;
• Detalhamento executivo, item essencial no ato da fiscalização da concessionária, constatar que foi aplicado conforme projeto aprovado.

Temos uma equipe especialista para elaborar o Estudo de Viabilidade Técnica e Econômica para soluções em Subestação, conheça sobre este serviço, clicando no link.