Subestação AIS x GIS_00

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Subestação AIS x GIS 
 
Subestação AIS x GIS - rev.00 APRENDER ELÉTRICA 1 
Subestação AIS x GIS 
 
Resumo – No cenário mundial, no qual recursos são cada vez mais escassos, é mais perceptível à 
importância na racionalização do consumo destes. Para o setor de Energia, essa situação não é diferente. 
Este estudo comparativo busca demostrar as vantagens e desvantagens no uso das Subestações isoladas a 
Gás e Convencionais, analisando os parâmetros de custo dos equipamentos, custo de manutenção, aspectos 
técnicos, segurança, ecossistema e localização e ciclo de vida, por fim, são apresentadas vantagens e 
desvantagens de se implantar cada um dos dois tipos de subestação, apresentando uma conclusão sobre 
qual seria mais viável a aplicação. 
 
Palavras-chaves – Subestações, GIS, AIS, SF6. 
1. INTRODUÇÃO 
A crescente demanda de energia elétrica nas grandes cidades ao lado da carência, e prazos de 
elaboração e dos custos de terrenos para construção de subestações convencionais tem sido um grande 
desafio às concessionárias de distribuição de energia. Desta forma as distribuidoras de energia elétrica 
buscam soluções para implantação de novos empreendimentos (Gonçalves; Kajikawa, 2008). No entanto, 
ampliar e aprimorar o sistema energético não é uma tarefa simples. 
Em detrimento destas variáveis, as concessionárias de energia e os engenheiros são obrigados, 
durante a fase de planejamento de expansão do parque energético, a indagar as seguintes questões: qual 
a solução mais vantajosa? Como conciliar avanço tecnológico e preservar o meio ambiente ao mesmo 
tempo? 
Sendo assim, dentro do nosso contexto é necessário cada vez mais o desenvolvimento e uso de 
tecnologias sustentáveis, que agridem menos o meio ambiente e que sejam mais confiáveis e seguras. 
2. REFERENCIAL TEÓRICO 
A energia é um dos vetores básicos de infraestrutura necessária para o desenvolvimento humano, 
[4] como combustível básico do desenvolvimento, ela é diretamente proporcional ao aumento populacional 
e econômico do planeta. 
As distribuidoras de energia elétrica buscam soluções para implantação de novos 
empreendimentos em área urbana. (Gonçalves; Kajikawa, 2008) A construção de subestações é uma 
atividade que vem se desenvolvendo desde o final do século XIX. Várias gerações de tecnologias 
convivem hoje em dia dentro das subestações. Estas vêm sendo ampliadas à medida que a demanda 
cresce. Cada geração de tecnologia resolve uma determinada necessidade e foram agregadas às novas 
instalações. (LIMA, Audrey, O setor elétrico). 
2.1 Subestações 
As subestações são consideradas pontos vitais de operação do sistema de potência. Por tais 
pontos estabelece-se o fluxo de energia elétrica, e também se promove o ajuste dos níveis de tensão e de 
frequência, atendendo desta maneira a carga que geralmente acompanha a expansão econômica e 
produtiva da região. 
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O meio isolante divide as subestações em dois grupos, que apesar de servirem para propósitos 
equivalentes, possuem características e comportamentos distintos. Assim uma subestação que possui 
seus equipamentos expostos ao ar, é denominada de uma Subestação Isolada a Ar (Air Insulated 
Substation - AIS). Por outro lado, se esta subestação tem seus equipamentos confinados em módulos 
contendo gás isolante, ela é então nomeada como uma Subestação Isolada a Gás (Gas Insulated 
Substation - GIS). (GOMES Assis, ROLIM Jacqueline) 
2.2 Subestação isolada a ar (AIS) 
Subestações isoladas a ar são as aplicações mais comuns, são construídas em locais amplos ao ar 
livre. Requerem emprego de aparelhos e máquinas próprios para funcionamento em condições 
atmosféricas adversas (chuva, vento, poluição etc.), que desgastam os materiais componentes, exigindo, 
portanto, manutenção mais frequente e reduzindo a eficácia dos isolamentos. (Mello, Danilo Martins, 
2012). 
2.3 Subestação isolada a gás (GIS) 
Uma GIS é construída através de módulos padrões de equipamento dos quais podem-se destacar 
disjuntores, transformadores de corrente, transformadores de tensão, chaves seccionadoras e de 
aterramento, interconexões aos barramentos, para-raios, e outras conexões com o restante da rede 
elétrica para se conectar perfeitamente a rede elétrica, (GOMES Assis, ROLIM Jacqueline) é utilizado 
como substância isolante o gás hexafluoreto de enxofre (SF6). Nesse caso os disjuntores, as chaves 
interruptoras, os transformadores de corrente e os transformadores de tensão ficam submersos no SF6 
dentro de um invólucro metálico aterrado (Mello, Danilo Martins, 2012). 
Figura 1 - Foto Gis 
 
 
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2.4 Comparação GIS x AIS 
As subestações isoladas a gás possuem as mesmas funcionalidades e tipos de equipamentos de 
subestações convencionais. Elas foram desenvolvidas entre o final da década de 1960 e começo da 
década de 1970. O que as diferencia são, principalmente, o meio isolante e a sua aplicação. (Ogiboski, 
Luciano, 2013) Comparando-se as subestações a GIS e as AIS, que são as subestações que utilizam o ar 
atmosférico como meio isolante, pode-se afirmar que são necessários metros cúbicos de ar atmosférico 
para se conseguir os mesmos resultados obtidos com centímetros cúbicos de SF6. Consequentemente, 
comparando subestações de mesmo nível de tensão, as subestações GIS podem ser em torno de dez 
vezes menores do que os AIS. (Muzy, Gustavo Luiz Castro de Oliveira, 2012). 
Figura 2 – Arranjo de planta - GIS x AIS 
 
2.4.1 Análise dos principais parâmetros 
Ao iniciar um projeto, o engenheiro deverá verificar qual solução é a ideal para cada caso, com 
vários fatores a serem levados em consideração durante esse processo, não sendo está uma tarefa fácil. 
Para que haja uma solução, é necessário perpassar, obrigatoriamente, pela comparação entre a GIS e 
convencional. É importante ressaltar, primeiramente, o caráter relativo dessa avaliação, sendo cada fator 
variável dependendo das necessidades do cliente, requisitos técnicos do projeto, limitações geográficas e 
ao orçamento disponível. 
Para a análise do equipamento a ser instalado, foram observados alguns parâmetros técnicos, que 
serão avaliadas com os seguintes critérios e pesos: 
Critério Peso 
Área utilizada 4 
Manutenção 2 
Instalação e tempo de obra 4 
Layout 2 
Segurança 3 
Preço 5 
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2.4.1.1 Preços 
Em uma análise primitiva dos custos das subestações, percebe-se uma primazia das subestações 
AIS perante as GIS, em razão do menor do preço dos equipamentos, ou seja, do custo inicial. 
Contudo, o cenário e os fatores decisivos são mais complexos do que apenas o custo dos 
equipamentos, devendo ser levados em conta também outras formas de gastos (NAIDU, Late M.S, 2008). 
De acordo com o autor (NAIDU, Late M.S, 2008), os parâmetros econômicos mais impactantes na 
construção e operação das subestações são: 
 Custo do Equipamento; 
 Custo do Terreno; 
 Obras civis e montagem eletromecânica da subestação e instalação; 
 Custos de Manutenção.2.4.1.2 Aspectos Técnicos 
Uma vez estabelecida a real necessidade da construção de uma subestação elétrica com a 
finalidade de suprir necessidades do sistema, deve-se definir qual é a solução mais apta a atender as 
exigências técnicas pré-estabelecidas pela acessante. 
Os fatores técnicos mais importantes, de acordo com autor Hermann, são: 
 Flexibilidade; 
 Previsão de expansões; 
 Grau de importância; 
 Confiabilidade; 
 
Analisando o fator flexibilidade não se percebe vantagens de uma tecnologia sobre a outra (AIS x 
GIS). Isso porque, ambos os tipos de subestações atendem da mesma maneira o arranjo subestação 
proposto. (XXII SNPTEE, 2013) 
Quanto ao fator expansão futuras, é mais evidente a relevância maior das subestações AIS, uma 
vez que esse processo na GIS é mais complexo e exige a utilização de um equipamento compatível ao 
existente. (XXII SNPTEE, 2013) 
A confiabilidade de suprimento de energia é definida pelo autor (KOCH, Hermann, 2014) como a 
capacidade de transmitir energia e alimentar as linhas de transmissão. 
Nesse aspecto, o autor (NAIDU, Late M.S, 2008) e (KOCH, Hermann, 2014) defende que as subestações 
isoladas a gás apresentaram menores indícios de interrupção e maior disponibilidade perante as 
subestações AIS. 
2.4.1.3 Segurança 
Durante a operação da subestação isolada a gás a segurança deve possuir grau máximo de 
importância, para garantir a vida de todos os envolvidos. 
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Os aspectos de segurança da GIS são inerentes ao seu design. Os invólucros e todos os 
dispositivos são aterrados, sempre visando à segurança de operação. 
De acordo com (NAIDU, Late M.S, 2008), há dois tipos de aspectos de segurança que devem ser 
levados em consideração durante a escolha do tipo de tecnologia da subestação. 
Primeiramente, deve-se preocupar com a segurança elétrica. Para isso é necessário realizar vários 
estudos, tais como coordenação de isolamento e o projeto de aterramento (NAIDU, Late M.S, 2008). 
O segundo aspecto que a subestação deve abranger de segurança contra invasões e a proteção 
físicas dos equipamentos. 
Dessa forma, é de suma importância e até mesmo responsabilidade do projetista prever e 
desenvolver mecanismos para impedir tais ações. 
Nesse aspecto, a GIS é mais vantajosa que as convencionais, porque pode ser instalada indoor e 
todos seus compartimentos são enclausurados. Dessa maneira, a ação de vândalos e a depredação dos 
equipamentos são dificultadas. 
 
2.4.1.4 Ecossistema e Localização 
Durante a fase de planejamento do projeto da subestação, as condições ambientais e geográficas 
devem ser levadas em consideração. 
Os principais fatores geográficos que influenciam na instalação de uma subestação são: altitude, 
contaminação do ar, clima, regularidade do terreno, grau de ocupação da região, verticalização. 
Nos casos em que as condições climáticas são extremas a GIS apresenta muito vantagem, porque 
todos seus equipamentos encontram-se enclausurados. (KOCH, Hermann, 2014) 
Por fim, é necessário pautar os impactos da subestação na região. Entre os principais tem-se: 
impacto visual, geração de ruídos, poluição atmosférica e interferências eletromagnéticas. 
O impacto visual e a geração de ruídos são fatores importantes, pois impactam diretamente na vida 
da população que vive próxima aos arredores das instalações da subestação, influenciando, inclusive, o 
valor dos terrenos próximos. 
Analisando estes dois aspectos, é evidente a vantagem da GIS perante AIS. Isso porque a GIS 
possui níveis menores de ruído, uma vez que os equipamentos de manobras estão enclausurados. Além 
disso, a instalação indoor da GIS garante um visual mais moderno e menos destoante em áreas urbanas. 
[12-14] 
Quanto ao fator poluição, não há uma definição entre qual solução é mais vantajoso. Em princípio, 
nota-se que a GIS utiliza do gás SF6, o qual possui alto potencial de agredir o meio ambiente. 
2.4.1.5 Análise do custo do ciclo de vida 
A análise do custo do ciclo de vida é um método econômico para estabelecer os custos totais do 
empreendimento. É possível, assim, elucidar ao cliente o quanto a subestação lhe custará durante toda a 
vida útil. 
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O autor Hermann Koch (2014) estabelece a seguinte diretriz para condução da análise do custo do 
ciclo de vida: 
 Custo de aquisição e instalação; 
 Custo de operação; 
 Custo de renovação; 
 Valor residual. 
3. CONCLUSÕES 
Com base no exposto neste trabalho, que visa às características intrínsecas das subestações 
isoladas a gás GIS, bem como, o comparativo da mesma com as convencionais, verifica-se que a GIS 
apresenta uma série de vantagens quando comparada a usual, fazendo com que essa tecnologia tenha 
grande significância no mercado para a escolha de sua implementação. 
As subestações isoladas a gás podem proporcionar na escolha de implantação, redução em custo 
de obra e montagem de equipamento, menor tempo para execução do projeto e uma diminuição no 
quadro de funcionários. Esses aspectos auxiliam na facilidade na execução dos trabalhos, porém o custo 
de implantação é maior que a convencional, devido ao fato de custos de equipamentos. Entretanto a GIS 
por ser uma tecnologia mais prática e com a mesma, ou até maior confiabilidade que uma convencional, 
vem ganhando seu espaço como tendência no mercado de subestações perante a convencional. 
 
4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
Grupo de Estudo de Subestações e Equipamentos de Alta Tensão – GSE. Análise comparativa para tomada de 
decisão na escolha da tecnologia para implantação de novas subestações. Brasil, XXII SNPTEE, Outubro de 2013. 
KOCH, Hermann. Gas-Insulated Substation. 1º Edição. Alemanha, Editora Wiley - IEEE, 2014. 
LIMA, Audrey, Estudo de medidas para controle ambiental em subestações de energia elétrica, Universidade 
federal de Pernambuco. 
Portal setor elétrico. Disponível em: 
<http://www.osetoreletrico.com.br/web/documentos/fasciculos/Ed54_fasc_automacao_subestacoes_capVII.pdf> 
Mello, Danilo Martins, Análise de características de subestações isoladas blindadas a gás e comparação frente a 
projetos convencionais / Danilo Martins de Mello; orientador Prof. Dr. Rogerio Andrade Elauzino. São Carlos, 2012. 
Muzy, Gustavo Luiz Castro de Oliveira Consolidação de Material Didático para a Disciplina de Subestações Elétricas 
/ Rio de Janeiro: UFRJ / Escola Politécnica / Departamento de Engenharia Elétrica, 2012. 
NAIDU, Late M.S. Gas Insulated Substations. 1a. ed. Bangalore, India, ed I.K. International, 2008. 
http://www.osetoreletrico.com.br/web/documentos/fasciculos/Ed54_fasc_automacao_subestacoes_capVII.pdf
 Subestação AIS x GIS 
 
Subestação AIS x GIS - rev.00 APRENDER ELÉTRICA 7 
Ogiboski, Luciano. Extensão de ciclo de vida de uma subestação isolada a gás SF6 por meio de um sistema de 
monitoramento de tempo real /L. Ogiboski. -- São Paulo, 2013.88 p. 
SEMINÁRIO NACIONAL DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA, 18., 2008, Pernambuco. Aplicação de Tecnologia 
Híbrida em Subestação Compacta Abrigada. Olinda: GONÇALVES Francisco; KAJIKAWA Carlos. Pernambuco: 2008. 
6p.