Subestações de média tensão: Os tipos, aplicações e limites

Muitos não sabem, mas eu comecei a vida profissional, como técnico em eletrotécnica, em 1994, em instalações de média tensão, as chamadas subestações consumidoras.

Em meu caso, esse ofício foi me ensinado em campo, de pai para filho. Boa parte das empresas que eram nossas concorrentes à época e praticamente a totalidade das empresas que prestam esse serviço nos dias atuais são de pessoas para as quais o ofício também foi transmitido dessa forma, seja de pai para filho, seja aprendendo nas empresas em que trabalhavam.

Meu objetivo nesse texto é começar a organizar esse conhecimento para que você também possa evoluir nesse segmento, sem ter que necessariamente depender de acesso a um mestre do ofício.

Muitos nomes, mesmo significado

Dependendo da idade e do local onde o interlocutor desenvolveu sua carreira, temos muitos nomes para subestações.

Cabine primária, cabina (eu odeio esse nome), subestação consumidora, subestação de entrada de energia, e por aí vai.

Precisamos definir como eu chamarei no texto e nossos limites. Como queremos construir nosso raciocínio juntos, explicarei minha definição.

A REN 1000 define subestação como:

XLVIII – subestação: parte do sistema de potência que compreende os dispositivos de manobra, controle, proteção, transformação e demais equipamentos, condutores e acessórios, abrangendo as obras civis e estruturas de montagem;

Eu vou definir, então, para esse artigo, como:

Subestação: instalações elétricas em média tensão ou alta tensão, cuja responsabilidade de construção, operação e manutenção é do consumidor. Podem possuir equipamentos de manobra, medição, controle e transformação, dentre outros.

A ressalva é que as explicações aqui são para subestações de média tensão e não necessariamente são aplicáveis a instalações de alta tensão (tensões de linha superiores a 36,2 kV).

Quando precisamos ter uma subestação?

As regras para a definição da tensão de atendimento de um consumidor são dadas na REN 1000. Como regra geral, as instalações com demanda superior a 75 kW e inferior ou igual a 2.500 kW são atendidas em média tensão e, acima de 2.500 kW, em alta tensão.

Essa é a regra geral. A REN ANEEL nº 1.000/2021 prevê condições específicas e critérios de menor custo global que podem resultar em outras soluções de atendimento. No artigo sobre tensão de atendimento (a ser escrito), exploraremos melhor esse item e suas variações em relação à regra geral.

Os clientes atendidos em média tensão terão modelos tarifários distintos dos clientes atendidos em baixa tensão (ver artigo de tarifas, a ser escrito).

Subestações para atender à carga

Antes da expansão da MMGD, a maioria dos consumidores de energia em MT não possuía unidades geradoras em paralelismo com a rede da concessionária. Esses poucos consumidores que tinham essa geração eram, normalmente, de maior porte (shoppings, usinas de açúcar, por exemplo), e as nuances de projeto eram tratadas de forma especial.

Com a expansão da MMGD, adequações nas exigências das concessionárias foram necessárias.

Iremos iniciar com os conceitos de subestações para atender apenas à carga neste artigo e, em artigos futuros, iremos construindo as exceções ou as exigências complementares para consumidores com geração em paralelismo com a rede.

Conceitos regulatórios

Eu tinha duas opções: partir diretamente para os tipos de subestações, sem abordar aspectos regulatórios, ou primeiro dar algumas explicações necessárias que justificarão as escolhas futuras.

Optei pela segunda forma, pois a capacidade de fazer a ligação entre assuntos aparentemente distintos é minha principal contribuição.

Vamos aos conceitos iniciais

As empresas e pessoas precisam de energia elétrica para suas atividades. O meio mais simples e barato de ter energia elétrica disponível é conectar nossa instalação ao sistema de distribuição da concessionária de energia local.

Caberá à concessionária, após nossa solicitação (nota: por solicitação, entendam todo um trâmite que envolve projetos, aprovação do projeto, eventuais custos financeiros e montagem da subestação), disponibilizar a conexão entre nosso consumidor e sua rede. Ou seja, precisamos saber até onde vão os deveres e os ativos da concessionária e onde vão os do consumidor. Essa fronteira é definida pela REN 1000 como ponto de conexão (antes da REN 1000, o termo era ponto de entrega).

XXXV – ponto de conexão: conjunto de materiais e equipamentos que se destina a estabelecer a conexão entre as instalações da distribuidora e do consumidor e demais usuários;

Mas a concessionária precisa garantir duas coisas:

• Medir o quanto de energia ela te fornece;
• Garantir que, em caso de defeito interno, esse consumidor não prejudique a rede da concessionária e os demais consumidores.

Por isso, a concessionária determinará, em suas normas de conexão, onde e como ficarão acondicionados os equipamentos de medição (eles são fornecidos pela concessionária, mas o espaço para eles está na subestação construída pelo consumidor) e qual será o tipo de proteção a ser utilizado na entrada de energia.

Conceitos introdutórios

Eu gosto de dividir uma subestação em 3 grandes blocos: medição, proteção e transformação.

A disposição mais comum é: medição/proteção/transformação, mas, na Light, antes dos anos 2000, a disposição era proteção/medição/transformação.

Nas subestações simplificadas (que veremos a seguir), a disposição mais comum é proteção/transformação/medição.

Uma questão fundamental é saber onde a subestação deve ou pode ser instalada. Essa localização deve seguir as regras da concessionária, sendo uma condição de contorno que deve ser conhecida e verificada desde o início.

Como regra geral, os equipamentos dos blocos de medição e proteção devem ficar no limite da unidade consumidora com o logradouro público, sendo permitida uma distância em algumas concessionárias. A localização dos transformadores admite maior flexibilidade, respeitadas as exigências técnicas e as regras aplicáveis à instalação.

Subestações simplificadas em poste

Eu tomarei uma liberdade poética. Conceitualmente, deveria definir subestações simplificadas pelo conceito de proteção, mas isso me abriria vários modelos, alguns particulares, que fogem do objetivo original.

A subestação simplificada em poste é uma subestação em que o transformador está instalado no poste, no local onde fica o ponto de conexão.

Esse tipo de subestação é limitado a uma potência de 300 kVA e a subestações unitárias (ou seja, apenas um transformador trifásico).

A proteção contra sobrecorrente de curto-circuito em média tensão é feita por elo fusível, instalado em chave fusível de distribuição de abertura automática, comumente conhecida como chave XS ou tipo Matheus, no mesmo poste e a montante do transformador. A proteção contra sobrecorrente de sobrecarga é realizada por disjuntor termomagnético na baixa tensão.

Subestações simplificadas tipo pedestal

Em locais onde a rede de distribuição da concessionária é subterrânea ou quando, por um motivo qualquer, não queremos o ramal aéreo, algumas concessionárias não permitem o uso de subestações simplificadas aéreas e desenvolveram um padrão com uso do transformador pedestal, em vez de um transformador instalado em poste.

O transformador pedestal utilizado nesse tipo de subestação possui fusíveis internos de proteção na MT. Da mesma forma que na subestação em poste, a proteção de sobrecorrente de sobrecarga é realizada por disjuntor termomagnético no secundário do transformador.

A medição de energia é realizada no lado de BT, de forma semelhante à simplificada em poste.

As restrições de localização, potência e nível de tensão da subestação em pedestal são as mesmas da simplificada em poste.

Uma observação importante é que nem todas as concessionárias possuem essa modalidade. Ela é mais comum em locais onde temos redes de distribuição subterrâneas.

Subestações convencionais

Aqui temos um problema de terminologia. Quando comecei minha vida profissional, as subestações em painéis metálicos, que hoje chamamos de subestações blindadas, eram exceções, normalmente utilizadas em instalações com maiores exigências por parte do cliente, em função dos custos.

Naquela época, predominavam as subestações construídas em alvenaria, com os equipamentos montados em campo. Meu pai chamava essas instalações de subestações convencionais. Não sei se esse era um nome técnico ou simplesmente a forma como ele se referia a elas.

Eu mantive essa terminologia para diferenciar as subestações convencionais das subestações em cubículos blindados.

Dessa forma, essa terminologia, até onde eu sei, não está definida em documentos técnicos formais.

O que são subestações convencionais?

São subestações nas quais a montagem e a instalação dos equipamentos são realizadas em campo. A separação entre os pontos energizados e os locais de circulação é realizada através de anteparos metálicos.

Esse tipo de subestação apresenta maior flexibilidade de soluções técnicas.

Podemos ter mais de um transformador, de potências diferentes, localizados no mesmo recinto ou em recintos distintos.

As tensões do secundário do transformador são definidas pelo projetista, em função das características de sua instalação.

Para potências da entrada de energia superiores a 300 kVA, é necessário que a proteção seja realizada por disjuntor de MT operado com relés de proteção microprocessados, com funções de sobrecorrente (ver artigo sobre proteção secundária de subestações, em desenvolvimento).

Para potências da entrada de energia iguais ou menores que 300 kVA, a proteção pode ser realizada por dispositivos fusíveis na média tensão (observação: sempre se deve consultar a norma da concessionária; não posso garantir essa topologia para todas as concessionárias).

Esse tipo de subestação, apesar de ser mais barata do que as subestações blindadas, apresenta como principal desvantagem uma menor segurança para o operador, quando comparada com as subestações blindadas.

Várias concessionárias não permitem mais o uso desse tipo de subestação para a entrada de energia, ou seja, onde ficam o medidor e a proteção geral.

Esse tipo de subestação pode ser abrigado ou ao tempo, sendo mais comuns as abrigadas (confesso que, ao longo da minha carreira, vi muito poucas subestações desse tipo de uso ao tempo em MT).

Subestações blindadas

Nas subestações blindadas, os equipamentos de média tensão são instalados em painéis metálicos. São construídos e ensaiados conforme a ABNT NBR IEC 62271-200.

Seguem as mesmas regras de limites de proteção e as demais características da subestação convencional.

O diferencial entre esses dois tipos está na segurança. A subestação blindada é concebida para que, em caso de falha (curto-circuito), os riscos ao operador sejam muito menores que na subestação convencional.

Os requisitos que serão solicitados pela NR-10, a vigorar a partir de junho de 2027, principalmente quanto à gestão de riscos elétricos relacionados ao arco incidente, poderão levar a uma maior adoção desse tipo de solução, mesmo quando não obrigatória.

Como citado anteriormente, para novas unidades consumidoras, muitas concessionárias obrigam o uso desse tipo de subestação para a entrada de energia.

As subestações blindadas podem ser de uso ao tempo ou abrigadas. Atenção à Light, que não aceita subestações blindadas de entrada de energia de uso ao tempo atualmente.

Em resumo

• Subestações simplificadas: são unitárias, com potência igual ou inferior a 300 kVA. A medição normalmente é realizada no secundário do transformador. Utilizam equipamentos padronizados pela concessionária e tensões de secundário também padronizadas, normalmente de 380/220 V e 220/127 V. Algumas concessionárias possuem ainda o padrão de 440/254 V.
• Subestações convencionais: são montadas em campo, normalmente com os equipamentos abrigados em alvenaria. Possuem dispositivos de proteção, medição e transformação. A medição e a proteção devem ficar no limite entre o logradouro público e o imóvel, respeitadas as condições da concessionária. Há maior flexibilidade na localização dos transformadores e na definição das tensões de secundário.
• Subestações blindadas: são subestações cujos equipamentos estão instalados em invólucros metálicos, projetados, construídos e ensaiados conforme a ABNT NBR IEC 62271-200.