A Evolução da Eletricidade A História da eletricidade teve seu início no século VI, quando o filósofo Tales de Mileto descobriu uma resina que, quando atritada com a pele e a lã, atraía outros objetos. Desde os primórdios da humanidade, o homem sempre se mostrou argumentativo sobre diversos assuntos, entre eles a eletricidade, que hoje é responsável por tantas facilidades no mundo moderno. Mas nem sempre foi assim. A História da eletricidade tem seu início no século VI a.C., na Grécia Antiga, quando o filósofo Thales de Mileto, após descobrir uma resina vegetal fóssil petrificada chamada âmbar (elektron em grego), esfregou-a com pele e lã de animais e pôde então observar seu poder de atrair objetos leves como palhas, fragmentos de madeira e penas. Tal observação iniciou o estudo de uma nova ciência derivada dessa atração. Os estudos de Thales foram continuados por diversas personalidades, como o médico da rainha da Inglaterra Willian Gilbert, que, em 1600, denominou o evento de atração dos corpos de eletricidade. Também foi ele quem descobriu que outros objetos, ao serem atritados com o âmbar, também se eletrizam, e por isso chamou tais objetos de elétricos. Em 1730, o físico inglês Stephen Gray identificou que, além da eletrização por atrito, também era possível eletrizar corpos por contato (encostando um corpo eletrizado num corpo neutro). Através de tais observações, ele chegou ao conceito de existência de materiais que conduzem a eletricidade com maior e menor eficácia, e os denominou como condutores e isolantes elétricos. Com isso, Gray viu a possibilidade de canalizar a eletricidade e levá-la de um corpo a outro. O químico francês Charles Dufay também contribuiu enormemente para a aprimoração dos estudos da eletricidade, quando, em 1733, propôs a existência de dois tipos de eletricidade, a vítrea e a resinosa, que fomentaram a hipótese de existência de fluidos elétricos. Essa teoria foi, mais tarde, por volta de 1750, continuada pelo conhecido físico e político Benjamin Franklin, que propôs uma teoria na qual tais fluidos seriam na verdade um único fluido. Baseado nessa teoria, pela primeira vez se conhecia os termos positivo e negativo na eletricidade. As contribuições para o então entendimento sobre a natureza da eletricidade tem se aprofundado desde o século XIX, quando a ideia do átomo como elemento constituinte da matéria foi aceita e, com ela, a convicção de que a eletricidade é uma propriedade de partículas elementares que compõem o átomo (elétrons, prótons e nêutrons).
Por volta de 1960, foi proposta a existência de seis pares de partículas elementares dotadas de carga elétrica – os quarks, que compõem outras particularidades como os prótons que, então, deixam de ser elementares. Desde então os estudos sobre Eletricidade assumiram uma enorme dimensão. Atualmente é impossível imaginar nossa vida sem ela. Quer ver um exemplo? Lâmpadas, computadores, aparelhos de TV, geladeiras, entre tantos outros, são todos equipamentos elétricos que nos proporcionam conforto. Os meios de comunicação não existiriam sem os avanços nessa área. A Eletricidade pode ser dividida em três partes:
Eletrostática: Refere-se ao comportamento das cargas elétricas em repouso e seu estudo engloba os processos de eletrização, campo elétrico, força eletrostática e potencial elétrico.
Eletrodinâmica: É a parte da Eletricidade responsável pelo estudo das cargas elétricas em movimento. O foco dessa área é a corrente elétrica e os componentes de circuitos elétricos, como capacitores e resistores.
Eletromagnetismo: Estuda a relação entre os fenômenos elétricos e magnéticos, tais como campo magnético produzido por cargas elétricas em movimento e campo elétrico produzido pela variação de fluxo magnético.
Sem recursos públicos suficientes, foi preciso que empresas estrangeiras dessem os primeiros passos para o desenvolvimento da eletrificação no Brasil. A existência da energia elétrica já era de conhecimento público desde o século XVIII, contudo, sua incorporação ao dia a dia e ao processo produtivo não foi tarefa simples. Em 1867, o transporte da energia entre a fonte geradora e os poucos consumidores brasileiros acontecia com dínamos, mas a tecnologia não era suficiente para a sua utilização em larga escala e transporte para longas distâncias. O progresso mundial do uso da eletricidade foi impulsionado pelo surgimento de tecnologias para distribuição, que se desenvolveu rapidamente graças à demanda crescente de indústrias, mas sua primeira aplicação deu-se na iluminação pública. Os primeiros sistemas de distribuição foram instalados no final do século XIX na Inglaterra, naFrança e na Itália e, no Brasil, a expansão dos serviços de energia e, consequentemente, dos sistemas de distribuição deveu-se, principalmente, à necessidade da disseminação da iluminação pública. A demanda por este serviço crescia em diversas cidades desde 1880, mas a administração pública não possuía recursos para realizar sua
implantação adequada e satisfatoriamente, o que levou à instituição do regime de concessões para prestação de serviços públicos. Essas concessões eram, na maior parte das vezes, outorgadas pelas próprias prefeituras, principalmente quando se tratavam de contratos para distribuição de energia, que tinham longa duração (até 90 anos) e davam garantias financeiras por parte do Estado. Embora, atualmente, São Paulo seja a cidade mais populosa do País, no fim do século XIX tinha apenas 20 mil pessoas, e a eletrificação chegou à cidade apenas em 1889, enquanto Campos dos Goytacazes, interior do Rio de Janeiro, foi a primeira cidade do País a receber um sistema de distribuição, em 1883. Rio Claro (SP) foi a segunda a contar com o sistema, em 1884; Porto Alegre (RS), em 1887; e Juiz de Fora (MG) foi eletrificado em 1889. Tecnologias e equipamentos Em 1901, foi inaugurada a primeira estação transformadora, chamada Paula Souza, que ficava próxima à área central da cidade de São Paulo, ao lado do rio Tamanduateí. A partir dela saíam linhas de luz e força com 2,2 kV, em tensões monofásicas e trifásicas, respectivamente. Durante o dia, quando a demanda por luz era baixa – as linhas operavam em paralelo para reduzir as perdas. Já durante a noite, elas eram separadas a fim de evitar flutuação da tensão, isto porque ainda não existiam reguladores automáticos de tensão. Com o desenvolvimento econômico da cidade, muitas indústrias foram construídas distantes da estação Paula Souza, tornando necessária a implantação de novas estações. Por isso, em 1907, foram inauguradas as estações transformadoras da Lapa, com capacidade de 600 kW, e da Mooca, com 1,2 MW, que alimentavam as cargas locais em 2,2 kV. Nessa época, os equipamentos usados eram todos importados e apenas em 1923 a fabricação de fios e cabos foi iniciada no Brasil, por meio da Companhia Nacional de Artefatos.Das primeiras redes até hoje, pode-se notar algumas mudanças nos materiais utilizados. Os condutores primários e secundários, que eram feitos de cobre, passaram a ser produzidos com alumínio em 1965, material mais leve e, por isso, mais adequado às redes aéreas. Em relação à isolação, os condutores de sistemas de distribuição evoluíram da mesma forma que os condutores de instalações prediais, passando de isolação em papel impregnado com graxa ou óleo e guta percha para polietileno (PE), etileno-propileno (EPR) e polietileno reticulado (XLPE). A forma de montagem também sofreu algumas modificações, como a substituição das cruzetas de madeira – usadas para a sustentação dos isoladores – pelo neoprene em 1970, por ser mais leve e ocupar menos espaço. Essa substituição levou à evolução dos cabos, em 1978, para modelos pré-reunidos e autossustentados, com espaçadores, dispensando a cruzeta de madeira, atualmente conhecidos como sistema isolado de distribuição. Mesmo assim, ainda é possível encontrar cruzetas de madeira em sistemas de distribuição de áreas rurais.Em relação aos
isoladores, atualmente é possível encontrar equipamentos mais modernos, feitos de vidro temperado ou em material polimérico em diversos pontos da rede de distribuição, entretanto, os isoladores produzidos com cerâmica usados início da eletrificação ainda podem ser encontrados facilmente.No início da eletrificação, os postes eram feitos de ferro, passando, em 1966, para postes de madeira tratada. Depois de alguns anos, a madeira utilizada ficou cara e foi preciso testar novos materiais. Assim surgiu o poste que conhecemos hoje, feito de concreto armado. “Como não tinha muito movimento de carro no início da eletrificação, era comum colocar postes no centro da rua”, relembra o ex-diretor de distribuição e ex-presidente da Cemig, José da Costa. Papel para isolação de enrolamento de transformadores No caso dos transformadores, suas dimensões foram reduzidas ao longo das décadas e seu desempenho foi melhorado com a compensação reativa para aumentar o fator de potência e controlar a tensão primária dos alimentadores, devido à instalação de capacitores estáticos nos circuitos primários, nos quais, em 1975, também passaram a ser instalados religadores automáticos.Em 1967, a potência nominal dos transformadores de distribuição aumentou de 30 kVA para 50 kVA, 75 kVA, 125 kVA e outros valores, e a isolação a óleo (que vazava com o passar do tempo e tinha risco de explosão) foi substituída, em vários casos, a partir de 1979, por equipamentos de classe 15 kV e 35 kV consituídos por transformadores secos.. A tolerância a sobrecargas desses equipamentos também aumentou ao longo do último século.O uso de outro dispositivo, o pára-raios, em sistemas de distribuição tem mais de 60 anos. No início de sua aplicação, os dispositivos eram instalados somente nos postes das estações transformadoras, junto às saídas dos cabos subterrâneos das estações distribuidoras. Posteriormente, devido a alguns problemas de segurança, houve a instalação na saída e entrada dos circuitos.Há cerca de 70 anos também foi incorporado o uso de capacitores nas redes, cuja finalidade era corrigir o fator de potência dos circuitos e, consequentemente, do sistema e melhorar a regulação da tensão. A partir de 1974, o desenvolvimento das tecnologias também passou a permitir o trabalho de técnicos em linhas vivas (classe 15 kV), mantendo a segurança dos trabalhadores, e a promover interrupções programadas de fornecimento de energia.A padronização dos equipamentos utilizados na distribuição ocorreu em 1982 pelas normas ABNT NBR 5433 e ABNT NBR 5434 (substituídas em 2009 pela ABNT NBR 15688) da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), que estabelecia as alturas dos postes e a relação de materiais que compunham cada estrutura, dentre outras peculiaridades, tanto em redes rurais quanto urbanas. “Este padrão começou na Cemig e foi adotado por outras concessionárias ao longo dos anos até se tornar norma. Era uma adaptação dos sistemas do Canadá e dos Estados Unidos, mas ficou mais parecido com o americano”, conta José da Costa.
Frequência e tensão Quando o sistema de distribuição foi ampliado, um dos entraves foi a disparidade entre as tensões existentes. Em um mesmo estado ou cidade era possível encontrar até três tensões de distribuição e a diferença era ainda maior entre as federações. Em São Paulo, por exemplo, a maior parte da energia era distribuída em 11 kV, enquanto no Nordeste a mais comum era de 6,6 kV. Já Campinas (SP) e Juiz de Fora (MG) distribuíam energia em 23 kV. Esse problema foi resolvido durante o governo de Juscelino Kubitschek, no final da década de 1950, quando a indústria começou a padronizar os equipamentos graças a uma das propostas do Plano de Eletrificação de 1954 e às concessionárias, como Companhia Energética de Minas Gerais (Cemig) e Companhia Paranaense de Energia (Copel), que padronizaram sua tensão, levando à unificação das tensões. A uniformização completa das tensões só aconteceu em 1978, quando as tensões primárias dos sistemas de distribuição aéreos passaram por diversas modificações desde sua criação. Inicialmente, a maior parte das tensões de distribuição era 2,2 kV, 3,8 kV, 11 kV e 13,2 kV, sendo que as tensões de 3,8 kV e 11 kV foram unificadas e se tornaram 13,8 kV.Também foi definida a tensão de 34,5 kV, na qual grandes consumidores passaram a ser abastecidos a partir de 1979, sendo o primeiro deles o Shopping Ibirapuera, em São Paulo (SP).As tensões secundárias também passaram por diversas modificações. Em sistema monofásico havia 110 V/220 V, 115 V/230 V e 127 V/254 V, e em sistema trifásico existiam 127 V/220 V, 220 V/380 V, 120 V/208 V, 125 V/216,5 V e 220 V/380 V. Com tantas tensões diferentes espalhadas pelo País, a população enfrentava sérios problemas com queima de lâmpadas e aparelhos. Foi assim até a década de 1980, quando as tensões secundárias foram padronizadas em monofásico 115/230 V, 127 V/254 V, 220/440 V e em trifásico 127/220 V e 220 V/380 V. “Porém, até hoje temos disparidades. Nas regiões Sudeste e Sul é 127 V e no Nordeste 220 V. Procurou-se padronizar totalmente, mas não foi possível porque o custo dessa modificação seria tão grande que não justificaria a troca”, afirma José da Costa. Nas tensões de distribuição subterrânea também houve diversas modificações, passando por 2 kV e 3,8 kV até chegar às tensões atuais de 20 kV e 34,5 kV. Outra padronização que contribuiu para a organização do setor foi a unificação de frequência em 60 Hz, ocorrida em novembro de 1964, graças a aprovação da Lei 4.454 sugerida pela Comissão para Unificação de Frequência (CUF). Desde 1961, a CUF havia sugerido a adoção desta frequência como padrão, que é a mesma utilizada nos Estados Unidos, pois havia distribuição tanto em 50 Hz como em 60 Hz no País. Sistemas subterrâneos Quando a Light se instalou na capital paulista, a Companhia de Água e Luz de São Paulo já havia construído sua rede de distribuição aérea na parte central da cidade. Com a falta de espaço, a Light teve de
desenvolver sistemas subterrâneos, que perduram até hoje.Operários abrem galerias para a construção de redes subterrâneas na Rua São Paulo, em 1929. O ano era 1902 e foram construídas três câmaras transformadoras alimentadas por circuitos primários radiais sob tensão de 2,2 kV, mesma tensão das redes aéreas da época. Em 1926, o sistema já havia evoluído para 19 câmaras transformadoras que passaram a ser alimentadas na tensão de 3,8 kV. Em 1931, existiam 41 câmaras com capacidade total de 12.300 kVA e, em 1951, o sistema havia evoluído para 40 mil kVA, quando a tensão gradativamente foi alterada para 20 kV. Essa tensão não foi escolhida aleatoriamente, a ideia era aproveitar os cabos de subtransmissão que ligavam as estações transformadoras de distribuição de Paula Souza e Helvécia. De acordo com o engenheiro eletricista e especialista em redes subterrâneas, Claudio Gillet, todos esses sistemas eram do tipo reticulado, semelhantes ao “Underground Network Distribution Systems” (usado em grandes cidades americanas e europeias) e foram aplicados em outras cidades paulistas e também no Rio de Janeiro. Os sistemas serviram de base para instalações em outras localidades.Nos últimos anos, as ligações subterrâneas voltaram à cena, principalmente devido a preocupações ambientais. “Até o início dos anos 1990 ninguém ligava para o ambiente, simplesmente arrancavam as árvores para a passagem das redes aéreas. Com o desenvolvimento da educação e da consciência sobre o meio ambiente, começou-se a buscar a compatibilização da extensão das redes e a poda das árvores”, explica Aluízio Vasconcelos.A preservação estética de locais com patrimônios históricos também tem interferido na opção pelas redes subterrâneas, apesar de seu custo elevado, que pode chegar até três vezes mais caro que as redes aéreas. José da Costa explica que, apesar do custo, este é o tipo ideal de sistema de distribuição para locais com grande concentração de pessoas e carros por ser mais segura. Além de não correr o risco de ser afetada por descargas atmosféricas, pipas e batidas, suas ligações são feitas em duplicidade, aumentando sua confiabilidade. A desvantagem é que, quando há problemas, é mais difícil de ser localizado. “No sistema reticulado os circuitos são alimentados de forma que, se houver apenas um curto, o consumidor sequer percebe”, afirma.
Palácio da Eletricidade e seu interior
Operários instalam câmara subterrâmea para transformador de distribuição na Ladeira de São João, em São Paulo (SP) em 10 de fevereiro de 1990.
Operários abrem galerias para a construção de redes subterrâneas na Rua São Paulo, em 1929.
O ex-presidente Juscelino Kubitshek participa da ianuguração da Cemig, em 1950.
Bibliografia: http://brasilescola.uol.com.br/fisica/eletricidade.htm http://www.osetoreletrico.com.br/web/a-empresa/232-eletricidade-edesenvolvimento.html http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/a-historia-eletricidade.htm