Módulo 2. Conhecendo a eletricidade; Descrição das atividades tipo do setor de energia elétrica.

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1 Módulo 2 Conhecendo a eletricidade; Descrição das atividades tipo do setor de energia elétrica. 1

2 Introdução História da Eletricidade A eletricidade foi descoberta por um filosofo grego chamado Tales de Mileto. Ao esfregar um âmbar a um pedaço de pele de carneiro, ele observou que pedaços de palhas e fragmentos de madeira começaram a ser atraídas pelo próprio âmbar. Do francês électricité que deriva do grego, élektron (âmbar) surgiu o nome eletricidade. No século XVII Otto Von Guericke iniciou estudos sistemáticos sobre a eletrificação por atrito. Em 1672, Otto inventa uma máquina geradora de cargas elétricas. Stephen Gray, meio século depois, faz a primeira distinção entre condutores e isolantes elétricos. 2

3 Introdução Uma descoberta importante foi o condensador descoberto independentemente por Ewald Georg Von Cleise e e por Petrus Van Musschenbroek. Ainda no século XVIII outra invenção importante e de uso prático foi o pára-raios, feito por Benjamin Franklin. Neste período foi realizada a famosa experiência de Luigi Aloisio Galvani, em que potenciais elétricos produziam contrações na perna de uma rã morta. O Físico Hans Christian Orsted identifica a ligação entre magnetismo e eletricidade. Em 1831, Michael Faraday descobre a variação na intensidade da corrente elétrica. A primeira hidrelétrica foi instalada junto as cataratas do Niágara em Em 1873 sai a publicação do tratado sobre a eletricidade de James Clerk Maxwell. Através das experiências de Heinrich Herz em meados de 1885, foi que Guglielmo Marconi anos depois utiliza-se das ondas de radio em seu telégrafo sem fio. 3

4 1. Conhecendo a eletricidade Para falarmos sobre a eletricidade é preciso conhecê-la em seus aspectos básicos: 1.1. Como começa a eletricidade 1.2. As áreas que estudam a eletricidade 1.3. Uso da eletricidade 1.4. Relâmpagos 1.5. Cenário atual do setor elétrico 27/08/10

5 1.1. Como começa a eletricidade? A eletricidade é um fenômeno físico associado a cargas elétricas estáticas ou em movimento. Seus efeitos se observam em diversos acontecimentos naturais, como nos relâmpagos, por exemplo. A constituição elétrica da matéria se fundamenta numa estrutura atômica em que cada átomo é composto por uma série de partículas, cada uma com determinada carga elétrica. Por isso se define carga elétrica como propriedade característica das partículas que constituem as substâncias e que se manifesta pela presença de forças. A carga elétrica apresenta-se somente em duas variedades, convencionalmente denominadas positivas e negativas. 5

6 1.1. Como começa a eletricidade? Elétrons Núcleo Eletrosfera

7 1.2. O estudo da eletricidade é dividido em 3 partes: A eletrostática que estuda as cargas elétricas em repouso. A eletrodinâmica que estuda as cargas elétricas em movimentação. Eletromagnetismo nessa parte são estudadas as relações entre a eletricidade e o magnetismo, bem como a ligação entre os fenômenos magnéticos e elétricos. 7

8 1.3. O uso da eletricidade. A eletricidade compõe um conjunto de modalidades energéticas de uso habitual como por exemplo: Há tomadas em praticamente todos os cômodos de uma casa, onde pode ser ligado todo tipo de eletrodoméstico. A maioria dos aparelhos portáteis precisa de baterias para que funcione, e estas devem produzir uma quantidade variável de eletricidade. Em meio a tempestades ocorrem gigantescos deslocamentos de eletricidade, o que conhecemos como relâmpagos ou raios. Em dias secos de inverno em uma escala muito menor, qualquer pessoa pode levar um choque de eletricidade estática. 8

9 1.3. O uso da eletricidade A eletricidade oferece energia para diferentes tipos de aparelhos: Motores elétricos Telefones Lâmpadas, lâmpadas fluorescentes e LED's Computadores TV's Alto-falantes Secador de cabelo, chapinha, sanduicheira, etc. Rádios Aparelhos de radiografia 9

10 1.4. E os relâmpagos? As tempestades decorrem da formação de nuvens de tempestade que têm altura entre 1,5 a 15 km, apresentando temperaturas internas muito diferentes. Na parte inferior, a temperatura é próxima à do ambiente, enquanto na parte mais alta pode atingir 50 C. Este enorme gradiente de temperatura gera ventos muito intensos no interior das nuvens que, por sua vez, provocam a separação de cargas elétricas devido ao atrito entre as partículas de gelo existentes no topo. Um relâmpago é uma corrente elétrica muito intensa que ocorre na atmosfera com típica duração de meio segundo e típica trajetória com comprimento de 5 a 10 quilômetros em média Os relâmpagos podem ocorrer também em associação com vulcões ativos, tempestades de neve e até mesmo em tempestades de poeira. 10

11 1.4. E os relâmpagos? Em termos gerais, existem dois tipos de relâmpagos: relâmpagos na nuvem e relâmpagos no solo. Relâmpagos na nuvem originam-se dentro das nuvens normalmente na região onde gotículas de água transformamse em gelo, e propagam-se dentro da nuvem (relâmpagos intranuvem) ou fora da nuvem, rumo a outra nuvem (relâmpagos nuvem-nuvem) ou numa direção qualquer no ar (descargas para o ar). Relâmpagos no solo, por sua vez, podem originar-se na mesma ou em outras regiões dentro da nuvem (relâmpagos nuvem-solo) ou no solo, abaixo ou perto da tempestade (relâmpagos solo-nuvem). 11

12 1.4. E os relâmpagos? Relâmpago nuvem-solo Relâmpago na nuvem Relâmpago solo-nuvem 12

13 1.5. Cenário atual do Setor Na história da sociedade, a energia elétrica, desde a sua descoberta,sempre ocupou lugar de destaque, tendo em vista a dependência da qualidade de vida e do progresso econômico da qualidade do produto e dos serviços relacionados à energia elétrica, que por sua vez dependem de como as empresas de eletricidade projetam, operam e mantêm os sistemas elétricos de potência. A oferta da energia elétrica aos seus usuários é realizada através da prestação de serviço público concedido para exploração à entidade privada ou governamental. As empresas que prestam serviço público de energia elétrica o fazem por meio da concessão ou permissão concedidos pelo poder público. 13

14 1.5. Cenário atual do Setor Uma visão atual da situação de privatização ocorrida no setor elétrico do país nos mostra que 80% da área de distribuição de energia elétrica encontra-se privatizada, área em que se concentra a maior parte da massa de trabalhadores eletricitários. Da mesma forma, 20% da geração de energia também foi privatizada, sendo que a transmissão continua sob administração estatal. As transformações atingiram, de modo geral, todo o setor, até mesmo empresas que continuaram sendo estatais. A crescente terceirização e redução de mão-de-obra, e suas consequências nos processos produtivos, procedimentos e equipamentos, configuram o panorama geral do sistema de energia elétrica atualmente. A avaliação da atual condução do setor elétrico deixa muito clara a esquizofrenia decorrente de não se colocar em prática nem mesmo os princípios estabelecidos pelo próprio governo na reforma do setor: a universalização, transparência e valorização do serviço público. 14

15 1.5. Cenário atual do Setor O setor hoje apresenta uma capacidade momentânea de produção superior à demanda e elevação das tarifas para os consumidores, que no entanto, são baixas e frequentemente insuficientes para remunerar as distribuidoras e geradoras. As empresas deste setor acumulam prejuízos e algumas, sobremodo distribuidoras, enfrentam sérias dificuldades econômico-financeiras. Mas o problema principal é a falta de perspectivas e a insegurança sobre o futuro, que acaba prejudicando e travando novos investimentos e, assim, propicia nova escassez quando o crescimento do consumo não encontrar correspondência no aumento da oferta. 15

16 1.5. Cenário atual do Setor Com o objetivo de melhor aproveitamento da luz natural, implantou-se então o horário de verão, que proporciona substancial redução na geração de energia elétrica, em tese equivale àquela que se destinaria à iluminação artificial de qualquer natureza, seja por logradouros e repartições públicas, ou uso residencial, comercial, de propagandas ou em pátios de fábricas e industrias. Em algumas regiões de nosso país a duração dos dias e das noites sofre alterações significativas ao longo do ano, reunindo condições excelentes para a implantação da medida do período primavera-verão. Em última instância, a implantação do horário de verão, ao permitir que entre 19 e 20 horas ainda se utilize de claridade do céu, ou seja a iluminação natural, evita que se coloque em operação as usinas que seriam necessárias para gerar a energia elétrica para iluminar, ao entardecer, as regiões onde o sistema de horário de verão é implantado e que abrange os maiores centros consumidores do país. 16

17 1.5. Cenário atual do Setor Profundas alterações tecnológicas e organizacionais ocorreram nos setores de energia elétrica ao longo dos últimos anos e têm mostrado de forma explícita sua face mais cruel: os acidentes e a morte do trabalhador. O cenário atual é alarmante em número de acidentes, em desmonte organizacional e normativo dos setores, indicando a necessidade de uma intervenção rápida e eficaz do corpo de Auditoria Fiscal do Ministério do Trabalho e Emprego. Com o domínio desta ciência da eletricidade o ser humanos usufrui de todos os benefícios proporcionados por ela mas apareceram também vários riscos de ordem operacional, sendo o mais grave o choque elétrico 17

18 2. Descrição das atividades tipo do setor elétrico A eletricidade apresenta uma combinação de atributos que a torna distinta de outros produtos, como: dificuldade de armazenamento em termos econômicos; variações em tempo real na demanda, e na produção em caso de fontes renováveis; falhas randômicas em tempo real na geração, transmissão e distribuição; e necessidade de atender as restrições físicas para operação confiável e segura da rede elétrica. 18

19 2. Descrição das atividades tipo do setor elétrico Os sistemas elétricos são tipicamente divididos em segmentos tais como: 2.1. Geração 2.2. Transmissão 2.3. Distribuição Quando se fala em setor elétrico, refere-se normalmente ao SEP Sistema Elétrico de Potência, definido como um conjunto de todas as instalações e equipamentos para operação, transmissão e distribuição de energia elétrica inclusive medição. O SEP trabalha com vários níveis de tensão ou seja, alta e baixa tensão normalmente com corrente alternada. 19

20 2.1. Geração de energia elétrica Na geração de energia elétrica uma tensão alternada é produzida, a qual é expressa por uma onda senoidal com frequência fixa e amplitude que varia conforme a modalidade do atendimento em baixa, média ou alta tensão. Essa onda senoidal propaga-se pelo sistema elétrico mantendo a frequência constante e modificando a amplitude à medida que trafega por transformadores. No Brasil a eletricidade é de origem predominantemente hidráulica. A geração hidrelétrica está associada à vazão do rio isto é, a quantidade de água disponível em um determinado período de tempo e à altura de sua queda. Para aproveitar o potencial hidrelétrico de um determinado rio, geralmente interrompe-se seu curso normal através de uma barragem que provoca a formação de um lago artificial chamado reservatório. 20

21 2.1. Geração de energia elétrica Apesar de no Brasil a hidrelétrica ser a forma de geração de eletricidade, predominante há outras formas além desta, tais como : Termoelétricas Energia nuclear Energia solar Energia eólica. 21

22 2.1.1 Usinas Termoelétricas As Usinas Termoelétricas mais conhecidas como Usinas Térmicas são as preferidas no mundo todo, pela sua versatilidade. São de construção simples e rápida, podem ser instaladas junto aos centros de consumo e dispensam Linhas de Transmissão de longo percurso. A termoeletricidade é produzida por um gerador e transportada até os locais de consumo por linhas de transmissão. Este gerador é impulsionado pela energia resultantes da queima de um combustível. Ao queimar, o combustível aquece a caldeira com água, produzindo vapor com uma pressão tão alta que move as pás de uma turbina, que por sua vez aciona o gerador. A grande desvantagem da usina térmica é a grande produção do dióxido de carbono CO 2 e de fuligem que forma uma névoa preta que mancha as roupas, móveis e pessoas. Outra desvantagem é que este tipo de usina usa combustível fóssil, isto é, petróleo, carvão mineral e xisto, fontes que estão se esgotando rapidamente. 22

23 Energia Nuclear Usina nuclear é uma instalação industrial empregada para produzir eletricidade a partir de energia nuclear, que se caracteriza pelo uso de materiais radioativos que através de uma reação nuclear produzem calor. Este calor é empregado por um ciclo termodinâmico convencional para mover um alternador e produzir energia elétrica. As centrais nucleares apresentam um ou mais reatores, que são compartimentos impermeáveis à radiação, em cujo interior estão colocados barras ou outras configurações geométricas de minerais com algum elemento radioativo (em geral o urânio). No processo de decomposição radioativa, estabelece-se uma reação em cadeia que é sustentada e moderada mediante o uso de elementos auxiliares, dependendo do tipo de tecnologia empregada. Porém as instalações nucleares são construções muito complexas, devido às diversas tecnologias industriais empregadas, e ao elevado grau de segurança que é adaptado. 23

24 Energia Solar Dois conceitos têm sido empregados para transformar a energia solar em energia elétrica. No primeiro caso a conversão é realizada em usinas que recebem a denominação geral de torres de energia onde a energia é obtida através de uma grande área de espelhos que refletem a luz solar dirigindo-a para uma caldeira de aquecimento de água situada em uma estrutura elevada. Os inúmeros espelhos são orientados de modo a captar a luz do sol em todas as posições, mantendo sempre um ângulo que reflete os raios em direção à caldeira, que por sua vez produz vapor de água a altas pressões, de modo a fazer girar as turbinas geradoras de corrente elétrica. Um outro sistema altamente interessante, mas ainda pouco desenvolvido para o aproveitamento direto da energia solar é o das chamadas células fotovoltaicas, construídas de material que transforma a energia radiante do sol diretamente em corrente elétrica. 24

25 2.2. Transmissão de energia elétrica Basicamente está constituída por linhas de condutores destinados a transportar a energia elétrica desde a fase de geração até a fase de distribuição, abrangendo processos de elevação e rebaixamento de tensão elétrica realizados em estações próximas aos centros de consumo ao lado das cidades. A rede de transmissão liga as grandes usinas de geração às áreas de grande consumo. A energia elétrica é permanentemente monitorada e gerenciada por um centro de controle. O nível de tensão depende do país, mas normalmente o nível de tensão estabelecido está entre 220 kv e 765 kv. Existe porém as redes chamadas de Redes de Sub-Transmissão. A rede de sub-transmissão recebe energia da rede de transmissão com objetivo de transportar energia elétrica a pequenas cidades ou importantes consumidores industriais. O nível de tensão está entre 35 kv e 160 kv. A estrutura dessas redes é em geral em linhas aéreas, por vezes cabos subterrâneos próximos a centros urbanos fazem parte da rede. 25

26 2.2. Transmissão de energia elétrica Componentes de uma torre de transmissão Torres Para linhas aéreas, é necessário erguer os cabos a uma distância segura do solo, de forma a evitar contato elétrico com pessoas, vegetação e veículos que eventualmente atravessem a região. Isoladores Os cabos devem ser suportados pelas torres através de isoladores, evitando a dissipação da energia através da estrutura. Estes suportes devem garantir a rigidez dielétrica e suportar o peso dos cabos. Subestações As linhas de transmissão são conectadas às subestações, que dispõe de mecanismos de manobra e controle, de forma a reduzir os transitórios que podem ocorrer durante a operação das linhas. 26

27 2.2. Transmissão de energia elétrica São atividades características do setor de transmissão: Inspeção de linhas de transmissão Manutenção de Linhas de Transmissão Construção de linhas de transmissão 27/08/10

28 2.2. Transmissão de energia elétrica - Inspeção Inspeção de linhas de transmissão. Os funcionários aqui chamados de inspetores de linha fazem uma inspeção periódica ou por terra ou por helicóptero. Para uma inspeção eficaz é necessário: Planejamento Identificação dos Componentes. Inspeção: 27/08/10 Obedecer a rotina de Inspeção Inspeção aérea Inspeção terrestre Inspeção das estruturas Das Cadeias de isoladores Cabos Estrada de acesso Vegetação

29 2.2. Transmissão de energia elétrica - Manutenção Manutenção de Linhas de Transmissão. Objetivo da manutenção: a) segurança melhorada: instalações bem mantidas tendem a apresentar um menor desvio do comportamento previsto e a proporcionar menores riscos ao pessoal; b) confiabilidade aumentada: menos tempo perdido com consertos e menores gastos com interrupções da produção; c)maior qualidade: representada pelo melhor desempenho dos equipamentos que se comportam segundo um padrão determinado, de modo a não comprometer a qualidade dos produtos ou serviços; d) tempo de vida mais longo: os cuidados direcionados aos equipamentos permitem uma redução de problemas de operação, desgastes, deterioração e outros que podem reduzir o tempo de vida das instalações; e) custos de operação mais baixos: instalações que recebem manutenção regularmente funcionam de forma mais eficiente. 27/08/10

30 2.2. Transmissão de energia elétrica - Construção Construção de linhas de transmissão A construção de linhas de transmissão tem diversas etapas de trabalho desde desmatamento, construção de estruturas e lançamento de condutores destinados a transportar a energia elétrica, conforme descrição abaixo: desenvolvimento em campo de estudos de viabilidade, relatórios de impacto do meio ambiente e projetos; desmatamentos e desflorestamentos; escavações e fundações civis; montagem das estruturas metálicas; distribuição e posicionamento de bobinas em campo; lançamento de cabos (condutores elétricos); instalação de acessórios (isoladores, pára-raios); tencionamento de cabos e sua fixação; ensaios e testes elétricos.

31 2.3. Distribuição de energia elétrica É o segmento do setor de energia elétrica que congrega o maior número de trabalhadores eletricitários, indo até estações de transformação e distribuição - (ETD), e entregando energia elétrica aos consumidores. A distribuição de energia elétrica aos consumidores é realizadas nos potenciais: grandes consumidores abastecidos com tensões de 67kV a 88 kv; médios consumidores abastecidos por tensão de 13,8 kv; consumidores residenciais, comerciais e industriais até a potência de 75 kva (o abastecimento de energia é realizado no potencial de 110, 220 e 380 Volts);

32 2.3. Distribuição de energia elétrica É também o segmento que apresenta a maior quantidade e diversidades de atividades de trabalho. Tais como: recebimento e medição de energia elétrica nas estações; construção de estruturas e obras civis; montagens de painéis e centros de controle; montagens de transformadores e acessórios em estruturas nas redes de distribuição; poda de árvores; montagem de cabinas primárias de transformação; limpeza e desmatamento das faixas de servidão; medição de energia elétrica nos consumidores; operação dos centros de controle e supervisão da distribuição e outros.

33 Geração, transmissão e distribuição Usina geradora A Estação elevadora B Estação Rebaixadora C Subestação Grandes Consumidores C Transformador Pequenos Consumidores

34 Geração, transmissão e distribuição A Geração de energia elétrica B Transmissão Alta Tensão C Distribuição G.C. P.C. Baixa Tensão

35 Fim do módulo 2 FIM 35