Projetos de subestações em alta tensão (acima de 36 kV): normas, equipamentos e aplicações essenciais

  • gerson
  • 23 de julho de 2023
  • Subestações de Energia
Projetos de subestações em alta tensão (acima de 36 kV): normas, equipamentos e aplicações essenciais

Sumário - Subestações em Alta Tensão

PROJETOS DE SUBESTAÇÕES EM ALTA TENSÃO - ACIMA DE 36 KV

Embora seja relativamente fácil encontrar normas e diretrizes para projetos de subestação até 36,2 kV, a escassez de referências normativas se acentua quando tratamos de sistemas com tensão superior a esse limite. 

A norma NBR 14039 (Instalações elétricas de média tensão de 1,0 kV a 36,2 kV) cobre com clareza os requisitos para sistemas de média tensão, incluindo critérios de dimensionamento, distanciamento, proteção e aterramento.

No entanto, acima de 36,2 kV, não há uma norma NBR específica que trate exclusivamente de subestações em alta tensão, o que dificulta a padronização e exige maior aprofundamento técnico no momento da concepção do projeto. 

Além disso, a maior parte das concessionárias brasileiras apresenta diretrizes e especificações técnicas voltadas prioritariamente a tensões até 36 kV, com poucas referências formais para níveis superiores, o que reforça a complexidade do tema.

Essa limitação normativa ocorre, em grande parte, porque as tensões até 36 kV são amplamente utilizadas em redes de distribuição convencionais, que seguem padrões mais consolidados e padronizados. 

Essas redes atendem a grande parte das demandas urbanas e industriais de menor porte, o que justifica a existência de normas específicas e detalhadas para esse intervalo de tensão.

Por outro lado, sistemas acima de 36 kV atendem a cenários mais específicos e complexos, como indústrias pesadas, plantas de geração, sistemas de transmissão e subtransmissão. 

Esses casos exigem uma abordagem de engenharia aplicada, com conhecimento de campo aprofundado e customização técnica detalhada para cada projeto, o que torna a padronização normativa muito mais desafiadora.

 

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Projeto de Subestações em 69 kV

Primeiramente, as subestações com tensões acima de 34,5kV são geralmente de uso ao tempo. Ou seja, devido a robustez dos equipamentos e maiores distâncias de isolação, não podem ser de uso abrigado.

Apesar disso, a aplicação em projetos com tensões de 69kV, geralmente é utilizada para o consumo ou geração com cargas mais altas. 

Da mesma forma, precisa-se de uma área maior para atender as classes de isolação com maiores distâncias.

Vamos a um exemplo prático de um projeto de uma subestação com tensão nominal em 69kV:

Acima de tudo, as principais características que determinam o dimensionamento de uma subestação baseiam-se em normas das concessionárias de energia elétrica.

Sendo assim, as redes elétricas que se conectam nas subestações em 69 kV também possuem alturas mais elevadas para evitar induções perigosas.

Então, altas cargas são transportadas por redes elétricas através de níveis com tensões mais altas, favorecendo as bitolas dos condutores devido a redução da corrente.

Projeto de Subestações em 138 kV

Projetos com redes em 138 kV possuem suas características conforme determinado nas normas das concessionárias elétricas.

Deste modo, é preciso ter muito cuidado para definir cada detalhe nestes projetos.

A título de exemplo, leia o plano de execução de uma subestação 138 kV realizado em Joinville/SC.

Subestação em Alta Tensão
Subestação em Alta Tensão

Projeto de Subestações em 230 kV

De acordo com o aumento do nível de tensão, aumenta-se consideravelmente o tamanho dos equipamentos e a isolação entre as partes vivas, chamados de condutores elétricos em relação ao terra, conhecido também como por exemplo, as estruturas e obstáculos usados para garantir os limites de acesso.  

Logo, ao verificar-se as normas, pode ser percebido que as distâncias determinadas para o uso nos projetos com nível de tensão em 230 kV é superior ao considerado para outras classes de tensões menores.

Portanto, concluímos que na aplicação de níveis de tensões mais altas, aumenta-se o tamanho dos equipamentos contidos na subestação devido ao seu nível de isolação.

Consequentemente, aumenta-se também o tamanho das distâncias verticais e horizontais em relação aos cabos elétricos, postes, suportes, estruturas e todos os demais agregados na subestação.

SUBESTAÇÕES COM DIFERENTES NÍVEIS DE TENSÃO

É comum encontrar mais níveis de tensões em uma subestação para uma determinada finalidade e necessidade.

Asim, as subestações poderão ser construídas com mais de níveis de tensões de acordo com o arranjo necessário para suprir a necessidade de outras linhas auxiliares ou mesmo de uma subestação coletora ou bay de conexão.

Todavia, a metodologia adotada para a realização de projetos para cada etapa da subestação com um nível de tensão diferente baseia-se em seguir o padrão mínimo para cada aplicação. 

Ou seja, dimensiona-se o tamanho total da área útil para a subestação, levando-se em consideração as distâncias mínimas conforme as normas vigentes.

NORMAS PARA SUBESTAÇÕES EM ALTA TENSÃO

Conforme mencionado acima, para as subestações com níveis de alta tensão é preciso respeitar as distâncias mínimas entre tudo o que está contido na obra.

Em outras palavras, estas distâncias são determinadas por normas que principalmente pertencem às concessionárias de energia elétrica. 

Clique aqui e veja na norma NBR 14039 sobre algumas diretrizes necessárias.

Porém, as distâncias podem variar de acordo com as características funcionais e operacionais de todo o sistema elétrico, onde as concessionárias definem os limites para cada aplicação.

Segue o nome de algumas concessionárias brasileiras que podem ser utilizadas para realizar um projeto de uma subestação de alta tensão:

  • AES Sul
  • CEAL
  • CEB
  • CEEEE
  • CELESC
  • CELPE
  • CEMIG
  • CEPISA
  • CERON
  • COELBA
  • COPEL
  • CPFL
  • DCELT
  • EDP
  • ELEKTRO
  • ELETROBRAS
  • ENEL
  • ENERGISA
  • EQUATORIAL
  • LIGHT
  • RGE
Responsável Concessionária de Energia no Brasil
Responsável Concessionária de Energia no Brasil

EQUIPAMENTOS EM SUBESTAÇÕES DE ALTA TENSÃO

A fabricação de equipamentos para subestações de alta tensão precisa de cuidados especiais para cada detalhe. 

Consequentemente, os materiais utilizados para a isolação que compõem o corpo destes equipamentos são selecionados de acordo com o dimensionamento para garantir a segurança e vida útil do equipamento.

Deste modo, várias características elétricas e construtivas são obrigatórias conforme determinado nas normas de fabricação.

Logo, são nestas etapas que entra toda a questão de acessórios para atender ao pleno funcionamento dos equipamentos nas mais variadas situações. 

Assim, qualquer equipamento de uma subestação deve ser testado, considerando-se todos os fatores elétricos aos quais estará sujeito, devido a centelhamentos, curto-circuito e outras falhas elétricas.

Além disso, é obrigatório que o equipamento atenderá as variações climáticas como:

  • Descargas atmosféricas,
  • Temperaturas muito elevadas
  • Temperaturas muito baixas
  • Ventos fortes

Principais Equipamentos em uma Subestação em Alta Tensão

Uma subestação em alta tensão é um componente essencial de um sistema de transmissão de energia elétrica. 

Desse modo, a mesma é composta por diversos equipamentos, todos conectados e dispostos a fim de tornar o fluxo o mais eficiente possível.

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Os principais equipamentos encontrados em uma subestação são:

Seccionadoras

As seccionadoras de uma subestação podem ser monopolares utilizadas em postes para sistemas auxiliares de redes e níveis de tensões de 13 à 36kV.

Já as seccionadoras tripolares podem ser utilizadas para qualquer nível de tensão, e permitem a abertura e o fechamento dos circuitos de forma simultânea. 

Por fim, estas chaves tripolares podem ser de acionamento manual ou elétrico.

Disjuntores

Os disjuntores são responsáveis pelo fechamento e abertura das cargas de forma segura.

Portanto, este seccionamento acontece através da automação e controle configurado para gerenciar o funcionamento e a proteção de todo o sistema elétrico.

Disjuntor de Alta Tensão
Disjuntor de Alta Tensão

Transformadores

Existem diversos tipos de transformadores no mercado que possuem funcionalidades diferentes.

Assim, para o uso de transformadores em subestações temos:

Transformador elevador ou rebaixador

A princípio, são utilizados para transformar os níveis de tensão que se conectam em um lado com a rede convencional que poderá ser a rede de distribuição ou transmissão das concessionárias de energia.

Logo, o transformador é conectado nas cargas que podem ser de uma unidade geradora ou consumidora.

Assim, estes transformadores são produtos fabricados de forma específica, ou seja, não existe um padrão para produção em série devido às diferenças de cargas em relação aos níveis de tensões aplicados para cada sistema.

Transformador de serviço auxiliar

O transformador de serviço auxiliar é utilizado para alimentar cargas auxiliares mais baixas com o propósito de manter os principais equipamentos em pleno funcionamento no caso de um desligamento do sistema principal da subestação. 

Geralmente, o transformador de serviço auxiliar alimenta somente algumas cargas essenciais de equipamentos que atuam ou trabalham para suprir alguma falta do sistema principal.

Transformador de corrente

Já o transformador de corrente é um equipamento conectado aos condutores primários da subestação que possui a função de medir a corrente total do sistema primário e reduzir esta corrente em 1A ou 5A para o secundário.

Contudo, esta corrente do secundário é transferida para o sistema de proteção ou medição com o propósito de proteger o sistema e medir a demanda total da carga existente.

Transformador de potencial

O transformador de potencial é parecido formador de corrente , porém ao invés de medir a corrente, ele mede a tensão condutores primários da subestação.  Depois o transformador de potencial reduz a tensão para  66,5V ou 115V para o secundário.

Logo, esta tensão do secundário é transferida para o sistema de proteção ou medição com o propósito de proteger o sistema e medir a demanda total da carga existente.

Para Raios

Os para raios de subestação, chamados também de para raios de estação, são responsáveis por proteger os equipamentos das descargas atmosféricas.

Todavia, são interligados na chegada das redes elétricas na subestação, e o mais próximo possível dos equipamentos mais robustos como os transformadores elevadores, rebaixadores e de serviços auxiliares.

Por fim, os para raios das redes de distribuição são chamados de para raios de distribuição, e diferem-se dos para raios de estação mediante algumas características que são mais críticas em subestações, como por exemplo o nível de curto circuito.

Religadores

Os religadores são equipamentos inteligentes conectados ao circuito secundário da subestação, com o propósito de atuação de forma automática quando houver alguma falha ou anomalia na subestação.

Em partes, um conjunto de equipamentos com o disjuntor pode fazer o papel de um religar mediante atuação de alguma falha, porém, a vantagem do religador está por ser mais compacto para atender todas as necessidades desejadas.

Além disso, o religador é programável para atuar tanto para o desligamento do sistema e, logo em seguida, depois de um tempo programável, ele poderá se ligar automaticamente.

Afinal, este procedimento pode ocorrer de acordo com as aplicações configuradas na sua automação.

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PERGUNTAS E RESPOSTAS SOBRE - SUBESTAÇÕES EM ALTA TENSÃO

Perguntas e Respostas - Projetos de subestações em alta tensão (acima de 36 kV): normas, equipamentos e aplicações essenciais

Normas para subestações de alta tensão são encontradas em portais das concessionárias de energia elétrica.Ao realizar um projeto ou instalação elétrica em subestações, é fundamental que os responsáveis busquem por normas atualizadas e, se houver dúvidas, entrem em contato com as concessionárias.
Os principais materiais encontrados em uma subestação são:EquipamentosEstruturas e postesCondutores elétricosIsoladores e ferragens
Os principais equipamentos encontrados em uma subestação são:DisjuntoresSeccionadorasTransformadores Para Raios Religadores
 Existem vários exemplos de subestações na internet. Normas técnicas da NBR e das concessionárias de energia elétrica também trazem exemplos e dados para projetos de subestações.Mas além disso, é preciso saber identificar os diferentes tipos de subestações e como escolher a melhor solução para economizar dinheiro, tempo, espaço e trazer total segurança a todos.Então, procure profissionais qualificados da área de projetos de subestações para auxiliar você na melhor escolha da alternativa mais correta possível.
Empresas da área elétrica possuem excelentes profissionais que atuam com projetos para subestações. mas é preciso ter cuidado na escolha quando for precisar contratar projetos ou serviços para estas áreas.Existem empresas e profissionais mal qualificados com pouca experiência e qualidade no mercado em todos os nichos. Então pesquise e faça vários orçamentos para ter um comparativo claro de quem vai atender você nos projetos e serviços em subestações que você precisa.
Na internet você encontra empresas e profissionais para serviços de montagem e manutenção em subestações.Outra opção para a busca de contratação de serviços para subestações, é através de indicações.Mas em qualquer uma das opções que você for optar,  Pesquise sempre por várias empresas e faça mais orçamentos para comparar e escolher o responsável que melhor poderá atender você.
Os condutores primários de uma subestação são cabos e barramentos interligados a rede de distribuição ou transmissão.Estes cabos e barramentos primários são responsáveis pela tensão do sistema de uma subestação.
Os condutores secundários da subestação são sinais coletados por equipamentos interligados nos condutores primários.Equipamentos como transformadores de corrente e de potencial conectados à rede primária transformam características elétricas muito altas em sinais elétricos menores compatíveis para a leitura por outros equipamentos.
Um transformador funciona com enrolamentos em diferentes níveis de tensões. Estes enrolamentos são responsáveis por transformar níveis de tensões para entregar um sistema em perfeitas condições de funcionamento.Existem transformadores de diversos tipos para cada aplicação: Transformadores elevadores Transformadores rebaixadoresTransformadores de serviços auxiliaresAutotransformadores
Uma chave tripolar funciona através do fechamento e abertura das suas lâminas que são seccionadas ao mesmo tempo.Uma chave tripolar pode ser manual ou automatizada para acionamento elétrico. 
Um disjuntor de subestação funciona através de sinais de comando para acionamento elétrico de acordo com a automação parametrizada.O disjuntor possui bobinas elétricas que são energizadas para realizar a abertura e fechamento do equipamento. Todas as configurações para esta abertura e fechamento são realizadas devido a atuação proteções de um sistema conectado e pré-programado para atender o bom funcionamento de todo o circuito.
O religador funciona de forma automatizada conforme parametrizações programadas para realizar a abertura e o fechamento de um sistema primário interligado aos terminais do equipamento.Quando há qualquer alteração nas características elétricas provindas na rede conectada ao religador, o equipamento identifica esta diferença e atua imediatamente, evitando problemas e danos ao sistema e com outros equipamentos. De acordo com o tipo do sistema elétrico ao qual o religador está conectado, o mesmo poderá tentar um fechamento de forma automática para verificar se a falha no circuito foi apenas temporária. Se o problema persistir na rede, o religador permanecerá com o sistema desligado até que o problema seja identificado e resolvido.
O transformador de corrente, chamado também de TC, funciona como leitor de corrente conectado ao sistema primário de uma subestação ou rede elétrica.O transformador de corrente transforma toda a corrente do sistema primário em corrente muito baixa de 1 a 5 amperes que é o ideal para a leitura em equipamentos de proteção ou medição.De acordo com a variação da corrente no sistema primário, ocorre a variação da corrente proporcional no secundário do TC. Os transformadores de corrente para medição são utilizados para identificar de forma precisa a corrente total para calcular a demanda gerada ou consumida de um sistema elétrico.Já os transformadores de corrente para proteção são responsáveis por entregar a corrente nos secundários conectados a equipamentos de proteção que atuam quando necessário.
O transformador de potencial chamado também de TP, funciona é responsável por realizar a leitura da tensão conectado ao sistema primário de uma subestação ou rede elétrica.O transformador de potencial transforma a tensão do sistema primário que possui um nível elevado de tensão, em uma tensão compatível para conectar a equipamentos de proteção ou medição.O transformador de potencial para medição é utilizado para identificar de forma precisa a tensão de um condutor primário com o propósito identificar a demanda total gerada ou consumida de um sistema elétrico.Já o transformador de potencial para proteção é responsável por realizar a variação da tensão nos secundários conectado a equipamentos de proteção que atuam conforme ocorre esta variação.O transformador de potencial trabalha de medição ou de proteção trabalha com tensões de 115 volts ou 115 / √3 volts que é aproximadamente 66,4 volts .Outros transformadores de potencial trabalham com tensões secundárias em outros níveis de tensões para atender pequenas cargas auxiliares de acordo com o necessário.
O para raio funciona um resistor linear atua quando há uma tensão e corrente elétrica com um nível muito alto no circuito primário ao qual o para raio está conectado.Isso acontece somente quando um raio chamado também de descarga atmosférica atinge o circuito conectado ao para raio, geralmente de baixa duração. A resistência do para raio torna-se praticamente nula, ou seja, torna-se um curto que permite descarregar direto ao sistema de aterramento ao qual está conectado.Os para raios são fabricados e dimensionados para não atuarem em uma corrente de curto circuito. Para este tipo de situação existem outras proteções que atuam para evitar danos a outros equipamentos e ao sistema. Os para raios devem ser inseridos o mais próximo ao equipamento que deve ser protegido, e no fim de todo os pontos de chegada de fim de linhas elétricas.

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