Subestação: o que é, porque as empresas precisam e como funcionam

O que é subestação?

Conhecemos como subestação um conjunto de equipamentos responsáveis por aumentar ou diminuir a tensão (em Volts) da rede elétrica de forma segura. O seu principal componente para esse processo é o transformador.

Essa necessidade varia de acordo com o perfil de cada consumidor. Uma televisão, por exemplo, tem potência de 110 e 220 Volts (V). Caso ela fosse conectada diretamente à rede de média tensão – que pode variar de 2.300 a 25.000 V -, certamente seria danificada.

Mas, no caso de consumidores residenciais e comércios em baixa tensão (inferior a 2.300 V), a transformação é responsabilidade da distribuidora.

Podemos observar as redes de baixa e média tensão em alguns postes de distribuição, sendo que no topo ficam os fios de média tensão, que passa pelo transformador (equipamento branco destacado na imagem) para os fios de baixa tensão. Nesses casos, não é necessário o processo de uma subestação.

Por que as empresas precisam?

Já os grandes consumidores de energia, como indústrias e centros comerciais, são os responsáveis pela própria subestação. Em alguns casos, também precisam providenciar as linhas de transmissão para fornecer energia à sua unidade de consumo.

As torres de transmissão são mais altas e seus fios transportam energia de média e alta tensão. Sempre superior a 2.300 V e podendo até ultrapassar 500.000 V.

Muitos desses grandes consumidores precisam de tensões elevadas por conta de equipamentos e maquinários que exigem mais potência, como fornos e motores elétricos.

No entanto, muitos deles precisam reduzir a tensão que passa pela rede da distribuidora porque essa diferenciação pode ocasionar em grandes perdas de energia por aquecimento dos fios.

Existe um fenômeno elétrico conhecido como Efeito Joule, que consiste em um processo de aquecimento quando a eletricidade passa com um circuito, como no caso da resistência de um chuveiro elétrico.

No caso do chuveiro, a energia elétrica deve ser convertida em calor para um banho quente. Mas, no caso da transmissão de energia, quanto mais a energia é convertida em calor, mais energia precisa ser gerada, encarecendo o processo para todos os usuários da rede.

A alternativa é aumentar a tensão. Dessa forma, a energia consumida é a mesma da rede, porém a corrente é proporcionalmente reduzida.

Energia[Wh]=Tensão[V]×Corrente[A]×Período_utilizado[h]

Já as unidades geradoras fazem o oposto, uma vez que os equipamentos para geração de energia possuem tensões mais baixas do que as redes de transmissão. Nesse caso, as subestações têm como função aumentar a tensão da energia que será injetada no sistema.

Quais os benefícios de se ter uma subestação?

A subestação está diretamente ligada à classe de tensão da unidade consumidora. Quanto maior a classe, maiores são os benefícios ao optar pela construção de uma subestação.

Na média tensão temos seis classes de tensão, listadas abaixo:

A regulação prevê que as distribuidoras são obrigadas a conectar todos os clientes na Classe A4, permitindo que eles contratem até 2.500 kW de demanda. Nesse ponto, já vemos um benefício ao optar pelo aumento da classe de tensão.

Muitas empresas têm demandas muito maiores do que esse limite obrigatório e, ainda assim, continuam conectadas como A4. E as distribuidoras não são obrigadas a aumentar essa demanda.

No passado, com mais oferta de energia, as distribuidoras eram menos exigentes no estabelecimento da classe de tensão. Mas, hoje com mais maquinários e evolução tecnológica, há limitações.

Hoje, muitas distribuidoras já informam seus clientes que não aceitarão aumentos de demanda fora das obrigatoriedades estipuladas pela regulação. Por isso, os consumidores precisam investir em subestações e linhas de transmissão para conseguir expandir e aumentar seu consumo de energia.

Esse tipo de investimento impacta diretamente o caixa das empresas, uma vez que elas precisam escolher entre aumentar a disponibilidade elétrica da unidade ou investir na própria operação.

Diante desse desafio, muitas empresas buscam soluções internas para reduzir demanda de energia, mas isso pode ser limitante para o crescimento.

Ao escolher ter a própria conexão e transformação de energia, o consumidor deixa de usar parte do sistema da distribuidora e se torna mais independente. Com isso, pode ter tarifas mais baixas.

Pensando em um consumidor que tenha o seguinte perfil de consumo:

• Demanda Contratada: 3.400kW
• Consumo Ponta: 132MWh/mês
• Consumo Fora Ponta: 1.259MWh/mês
• Classe tarifária: A4-Verde

Temos um gasto mensal com distribuição de R$728 mil / mês. Se esse mesmo consumidor aumentar a sua classe de tensão para A2-Azul, seu gasto seria de R$323 mil / mês.

Esse projeto economizaria para o cliente cerca de R$405mil / mês (56% de redução).

O custo desse tipo de projeto varia bastante, mas assumindo um custo médio de R$10 milhões, teríamos o retorno do investimento em cerca de dois anos.

Além do benefício econômico, a unidade consumidora também terá mais qualidade. Uma vez que ter sua própria infraestrutura pode diminuir oscilações de frequência e tensão que estão diretamente ligados a problemas como curtos-circuitos e desligamentos da energia elétrica.

Como funciona uma subestação?

Uma subestação é dividida em três partes: transformação, proteção e controle. Na transformação o componente principal é o transformador, responsável pelo aumento ou redução da tensão da rede.

Na parte da proteção, temos os equipamentos de manobra, como disjuntores e seccionadores, assim como o para-raios. Já no controle, estão os TCs e TPs (transformadores de corrente e tensão), responsáveis pela medição do consumo de energia, além da cabine de controle, com todo o sistema de supervisão e acionamento.

O que é necessário para elevar a classe de tensão?

Todo o processo de construção de uma subestação para elevar a classe de tensão deve ser desenvolvido com a distribuidora, uma vez que ela avaliará onde será realizada a conexão entre o sistema do consumidor e a rede de transmissão.

Nesse momento, a distribuidora analisa qual será o impacto da nova conexão na rede ao redor, considerando quais subestações mais próximas estão ociosas o suficiente para atender as necessidades de potência do cliente.

As distribuidoras avaliam então, não só a disponibilidade do sistema, mas também as distâncias e requisitos que devem ser atendidos para que a conexão ocorra.

Toda essa análise acontece preliminarmente na consulta de acesso, ou análise de viabilidade dependendo da distribuidora. Nesse ponto são estudadas diversas alternativas.

Após esse alinhamento, o consumidor precisa busca parceiros para fornecimento dos equipamentos e construção da subestação e das linhas de transmissão. Quando essa fase estiver encaminhada, é hora de solicitar acesso à distribuidora, documento formal com todos os detalhes dessa nova conexão.

Essa é a fase mais complexa do projeto. A construção da linha exige diversas aprovações municipais e ambientais, além da faixa de servidão que é o terreno que se estenderá por todo trajeto da linha de transmissão, devendo ser adquirido pelo cliente para construção da linha. Com todas documentações e construções concluídas e aprovadas por todos os órgãos, é hora de solicitar à distribuidora a conexão com a linha de transmissão. A partir desse momento, o consumidor pode aproveitar os benefícios de uma energia em maior tensão.

Quais os tipos de subestação que existem?

Subestação convencional: possui equipamentos que são instalados em um pátio plano e em uma área totalmente descoberta. Essa é a solução mais barata, porém a que ocupa mais espaço.

Subestação convencional vertical: nessa estrutura, existe a possibilidade de construir uma cobertura para os equipamentos e há opção de realizar a obra em andares, como um prédio.

Subestação compacta: construção com equipamentos compactos (junção de mais equipamentos e uma unidade de menor volume) e instalações móveis, montadas em skid.

Subestação GIS: menor que a convencional e construída utilizando ar como isolante para prevenir curtos-circuitos e choques elétricos. O ar é a solução mais barata, mas pode ser substituído por um gás inerte isolante, conhecido como GIS.