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Conhecendo a eletricidade;Descrição das atividades

tipo do setor de energia elétrica.

Módulo 2

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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.

Introdução

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• 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 1886.

• 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 GuglielmoMarconi anos depois utiliza-se das ondas de radio em seu telégrafo sem fio.

Introdução

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

1. Conhecendo a eletricidade

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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.

1.1. Como começa a eletricidade?

1.1. Como começa a eletricidade?

Elétrons

Núcleo

Eletrosfera

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• 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.

1.2. O estudo da eletricidade édividido em 3 partes:

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A eletricidade compõe um conjunto de modalidades energéticas de uso habitual comopor 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.

1.3. O uso da eletricidade.

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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

1.3. O uso da eletricidade

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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.

1.4. E os relâmpagos?

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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 transformam-se 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).

1.4. E os relâmpagos?

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Relâmpago nuvem-solo

Relâmpago solo-nuvem

Relâmpago na nuvem

1.4. E os relâmpagos?

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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 érealizada 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.

1.5. Cenário atual do Setor

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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.

1.5. Cenário atual do Setor

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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.

1.5. Cenário atual do Setor

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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 éimplantado e que abrange os maiores centros consumidores do país.

1.5. Cenário atual do Setor

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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

1.5. Cenário atual do Setor

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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.

2. Descrição das atividades tipo do setor elétrico

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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.

2. Descrição das atividades tipo do setor elétrico

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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.

2.1. Geração de energia elétrica

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Apesar de no Brasil a hidrelétrica ser a

forma de geração de eletricidade,

predominante há outras formas além

desta, tais como :

2.1.1 Termoelétricas

2.1.2 Energia nuclear

2.1.3 Energia solar

2.1.4 Energia eólica.

2.1. Geração de energia elétrica

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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 CO2 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.

2.1.1 Usinas Termoelétricas

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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 éadaptado.

2.1.2. Energia Nuclear

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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.

2.1.3. Energia Solar

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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.

2.2. Transmissão de energia elétrica

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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.

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

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2.2. Transmissão de energia elétrica

• 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:

• Obedecer a rotina de Inspeção• Inspeção aérea• Inspeção terrestre• Inspeção das estruturas• Das Cadeias de isoladores• Cabos• Estrada de acesso• Vegetação27/08/10

2.2. Transmissão de energia elétrica - Inspeção

• 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

2.2. Transmissão de energia elétrica - Manutenção

• 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.

2.2. Transmissão de energia elétrica - Construção

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);

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.

2.3. Distribuição de energia elétrica

Usina geradora Estação elevadora

Estação Rebaixadora

Subestação

Transformador

B

C

CGrandes Consumidores

Pequenos Consumidores

A

Geração, transmissão e distribuição

A

B

C

Geração de energia elétrica

Transmissão

Distribuição

P.C.

G.C.

Alta Tensão

Baixa Tensão

Geração, transmissão e distribuição

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FIM

Fim do módulo 2