As subestações são nós críticos nos sistemas de energia eléctrica, permitindo a transmissão e distribuição eficientes de eletricidade. Desempenham funções essenciais, como a transformação da tensão, o encaminhamento da energia e a proteção do sistema. As subestações variam muito em termos de conceção e aplicação, com base em factores como os níveis de tensão, a localização e os requisitos operacionais. Este artigo explora os diferentes tipos de subestações, os seus princípios de funcionamento, vantagens e aplicações, proporcionando aos engenheiros uma compreensão abrangente das suas funções nas infra-estruturas de energia modernas.
Princípio de funcionamento ou conceito de conceção
As subestações funcionam modificando os níveis de tensão e direcionando o fluxo de energia. No seu núcleo, são constituídas por transformadores, disjuntores, barramentos e relés de proteção. A conceção de uma subestação depende do seu objetivo:
- Transformação de tensão:
- Subestações elevadoras: Localizados perto de centrais eléctricas, estes aumentam a tensão (por exemplo, de 11 kV para 400 kV) para minimizar as perdas durante a transmissão a longa distância.
- Subestações abaixadoras: Reduzir a tensão (por exemplo, de 132 kV para 33 kV) para distribuição local ou utilização final.
- Configuração:
- Subestações exteriores: Utilizam quadros eléctricos isolados a ar (AIS) e são ideais para aplicações de alta tensão devido à sua disposição espaçosa.
- Subestações interiores: Utilizar os comutadores isolados a gás (GIS) em espaços compactos e fechados, adequados às zonas urbanas.
- Subestações subterrâneas: Construído abaixo do solo para poupar espaço em cidades densamente povoadas.
- Função:
- Subestações de transmissão: Interligar as linhas de transmissão e gerir a transferência de energia a granel.
- Subestações de distribuição: Alimentação de energia a consumidores residenciais, comerciais e industriais.
- Subestações colectoras: Agregar energia de fontes renováveis, como parques solares ou parques eólicos.
- Mobilidade:
- Subestações móveis: Instalações temporárias montadas em reboques para energia de emergência ou manutenção da rede.
Principais vantagens
Cada tipo de subestação oferece benefícios distintos adaptados à sua aplicação:
- Subestações de subida e descida:
- Permitir a transmissão eficiente a longa distância e a distribuição localizada.
- Reduzir as perdas de energia através de uma regulação óptima da tensão.
- Subestações GIS:
- Tamanho compacto ideal para ambientes urbanos com restrições de espaço.
- Segurança reforçada com isolamento de gás SF6, minimizando os riscos de incêndio.
- Subestações colectoras:
- Integrar as energias renováveis intermitentes na rede.
- Fornecer apoio de potência reactiva para estabilizar os níveis de tensão.
- Subestações móveis:
- Implementação rápida para recuperação de desastres ou actualizações da rede.
- Soluções temporárias rentáveis sem infra-estruturas permanentes.
Áreas de aplicação
As subestações são implantadas em diversos cenários:
- Subestações de transmissão:
- Encontram-se nas redes nacionais, ligando as centrais eléctricas às redes regionais.
- Subestações de distribuição:
- Servir os bairros urbanos, os parques industriais e as comunidades rurais.
- Subestações industriais:
- Instalações dedicadas para fábricas, minas ou centros de dados com elevadas necessidades de energia.
- Energias renováveis:
- As subestações de colectores ligam as turbinas eólicas ou os painéis solares à rede.
- Transporte:
- As subestações ferroviárias fornecem energia de tração aos comboios eléctricos.
Normas do sector
A conceção e o funcionamento das subestações obedecem a normas mundialmente reconhecidas:
- Normas IEEE:
- Série IEEE C37: Abrange os aparelhos de comutação, os disjuntores e os relés de proteção.
- IEEE 80: Orienta a conceção do sistema de ligação à terra para fins de segurança.
- Normas CEI:
- IEC 61850: Define os protocolos de comunicação para a automatização (por exemplo, SCADA).
- IEC 62271: Especifica os requisitos para os comutadores de alta tensão.
- Regulamentos de segurança:
- NESC (Código Nacional de Segurança Eléctrica): Assegura a segurança da instalação e da manutenção.
- OSHA: Obriga à segurança dos trabalhadores durante a construção de subestações.
- Conformidade ambiental:
- Diretrizes da EPA: Regular a contenção do óleo e o manuseamento do gás SF6 para evitar fugas.
FAQs
Q1: Porque é que as subestações elevadoras estão localizadas perto de centrais eléctricas?
As subestações elevadoras aumentam a tensão para reduzir as perdas resistivas durante a transmissão de energia a granel. A sua colocação perto das fontes de produção maximiza a eficiência.
P2: O que distingue as subestações GIS das subestações AIS?
O GIS utiliza gás SF6 para isolamento em compartimentos selados, permitindo instalações urbanas compactas. O AIS baseia-se em espaços de ar e é adequado para locais exteriores espaçosos.
Q3: Como escolher entre subestações interiores e exteriores?
Considere a disponibilidade de terreno, os níveis de tensão e os factores ambientais. As subestações GIS interiores poupam espaço, mas custam mais, enquanto os projectos AIS exteriores são económicos para sistemas de alta tensão.
Este artigo fornece uma visão geral básica dos tipos de subestações, enfatizando sua adaptabilidade para atender às demandas de energia em evolução. Os engenheiros devem equilibrar as especificações técnicas, as normas e as restrições do local para otimizar o desempenho da subestação em diversas aplicações.
