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PORTALE DELLA DIDATTICA

Distribuzione e utilizzazione dell'energia elettrica

01APPNC

A.A. 2023/24

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Elettrica - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Collaboratori
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Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/33 10 B - Caratterizzanti Ingegneria elettrica
2022/23
L'insegnamento si colloca sia nel percorso "Impiantistico progettuale", sia nel percorso "Conversione dell'energia elettrica" della Laurea magistrale in Ingegneria Elettrica. L'insegnamento si propone di approfondire gli aspetti riguardanti i principali componenti dei sistemi di distribuzione dell'energia elettrica in Media Tensione e in Bassa Tensione e il loro impiego. Vengono trattati la struttura dei sistemi, le caratteristiche dei dispositivi di protezione, le tecniche di analisi e ottimizzazione delle reti, lo studio della continuità e qualità del servizio elettrico nelle reti elettriche di distribuzione, gli effetti della diffusione della generazione distribuita connessa in rete, la pianificazione ottimale e la resilienza delle reti. Questi contenuti permettono al laureato magistrale in Ingegneria Elettrica di rivolgersi a vari settori di impiego in ambito industriale, dei servizi, nelle amministrazioni pubbliche, nella libera professione, nella ricerca e nell'insegnamento. Intervengono nelle attività dell'insegnamento alcuni esperti esterni che permettono di effettuare gli opportuni collegamenti fra i concetti trattati e le realtà applicative.
The course is located both in the "Plant engineering design" and in the "Conversion of electrical energy" learning areas of the Master's degree in Electrical Engineering. The course aims to deepen the aspects concerning the main components of medium voltage and low voltage electricity distribution systems and their operation. The main contents include the structure of the systems, the characteristics of the protection devices, the network analysis and optimisation techniques, the study of the continuity and quality of the electricity service in the electricity distribution networks, the effects of the diffusion of distributed generation connected to the network, and the optimal network planning. These contents allow the graduate in Electrical Engineering to address various sectors of employment in the industrial, services, public administration, professional engineering, research and teaching sectors. Some external experts intervene in the teaching activities to make the appropriate connections between the concepts dealt with and the applicative realities.
I contenuti trattati intendono fornire conoscenze e capacità di comprensione, in modo specifico o integrato con i contenuti degli altri insegnamenti della medesima area di apprendimento, e far acquisire allo studente un’appropriata consapevolezza verso i problemi trattati, con riferimento ai seguenti punti: - soluzioni progettuali per sistemi di distribuzione dell'energia elettrica; - scelta e coordinamento delle protezioni negli impianti elettrici; - modelli e tecniche numeriche di soluzione delle reti elettriche di distribuzione; - ottimizzazione del funzionamento delle reti elettriche; - impatto della generazione distribuita nelle reti elettriche; - affidabilità e qualità della fornitura dell'energia elettrica. Dal punto di vista applicativo, le capacità da acquisire rientrano in quelle indicate per i percorsi "Impiantistico progettuale" e "Conversione dell'energia elettrica". Nel dettaglio, gli obiettivi minimi riguardano: - capacità di scegliere e interpretare le caratteristiche di funzionamento delle apparecchiature di manovra e protezione per sistemi elettrici di distribuzione; - capacità di impiego dei modelli dei componenti dei sistemi di distribuzione e di scrittura delle equazioni delle reti di distribuzione; - capacità di applicare almeno una tecnica numerica di soluzione di ciascuno dei problemi di analisi, riconfigurazione e pianificazione dei sistemi di distribuzione; - capacità di interpretare le problematiche di affidabilità e qualità del servizio nelle reti elettriche di distribuzione; - padronanza dei concetti principali riferiti alla connessione in rete della generazione distribuita.
The course contents aim at providing knowledge and understanding skills, in a specific way or integrated with the contents of other courses belonging to the same learning area, with reference to the following points: - structures and solutions for electrical energy distribution; - selection and coordination of the protections in electrical installations; - modelling and numerical solution of distribution networks in normal operation and in case of faults; - distribution network optimization; - impact of the distributed generation in the distribution systems; - power quality and reliability of electricity supply. On the application side, knowledge and understanding aspects refer to the ones indicated for the Electroenergetic systems learning area. More specifically, the minimum objectives of the course include: - selection and interpretation of the operational characteristics of the switching and protection systems for electrical distribution systems; - defining the models of the components used in distribution systems and writing the equations describing the distribution system operation; - applying at least one numerical technique for solving each of the problems of distribution system analysis, reconfiguration and planning; - interpreting the aspects of reliability and power quality in the electrical distribution networks; - understanding the main concepts referred to the grid connection of distributed generation.
Le conoscenze e abilità richieste come prerequisiti riguardano: - nozioni di base di calcolo matriciale e di elettrotecnica; - elementi di probabilità e statistica; - conoscenza della struttura dei sistemi elettrici di produzione, trasporto e utilizzazione dell'energia elettrica; - conoscenza dei componenti e dispositivi di manovra e protezione impiegati in sistemi in Bassa Tensione; - conoscenza del comportamento delle macchine elettriche in condizioni normali e di guasto; - conoscenze elementari di programmazione (es. Matlab); - abilità nell'uso di supporti informatici di base (editor di testi e foglio elettronico).
Knowledge and skills required as prerequisites for attending the course refer to: - basic notions of matrix calculations and electrical circuit analysis; - elements of probability theory and statistics - structure of the electrical systems for electrical energy production, transmission and utilization; - components and devices for operation and protection of Low Voltage systems; - behaviour of electrical machines in normal and fault conditions; - basic programming (e.g., Matlab); - use of basic text editing and spreadsheet tools.
Il programma è suddiviso in quattro parti. Si riporta nel seguito l'elenco degli argomenti con il numero di ore indicativo per ciascun argomento. PARTE I – Protezione e manovra dei sistemi di distribuzione (24 ore): Definizioni di sovracorrente, sovraccarico, cortocircuito. Corrente di cortocircuito: componenti simmetrica e unidirezionale. Generalità sull'arco elettrico. Struttura e principio di funzionamento degli interruttori automatici per Media e Bassa Tensione. Fusibili. Tensione transitoria di ritorno (TTR). Interruzione di correnti in circuiti trifasi. Schemi funzionali ed esempi di applicazione. Prove termiche e prove con forti correnti. Connessione a terra delle reti di distribuzione (neutro a terra, neutro a terra tramite impedenza, neutro isolato, neutro compensato). PARTE II – Struttura ed esercizio dei sistemi di distribuzione (28 ore): Schemi delle reti, modello dei componenti. Generazione distribuita e risorse distribuite. Modello delle reti elettriche con risorse distribuite. Classificazione e modelli dei carichi elettrici. Carichi residenziali aggregati, carichi uniformemente distribuiti, carichi a controllo termostatico e cold load pickup. Esempi di applicazione. Rappresentazione delle reti, calcolo dei flussi di potenza nelle reti radiali e debolmente magliate. Calcolo dei flussi di potenza nelle reti trifasi squilibrate. Calcolo dei flussi di potenza probabilistico. Microreti ed evoluzione delle reti verso le “smart grid”. PARTE III – Ottimizzazione delle reti elettriche di distribuzione (24 ore): Classificazione dei problemi di ottimizzazione, riconfigurazione ottimale in condizioni normali, funzioni obiettivo, vincoli e tecniche di soluzione. Esempi di calcolo. Pianificazione operativa delle reti. Funzioni obiettivo individuali e multi-obiettivo, vincoli e metodi di soluzione. Resilienza delle reti elettriche di distribuzione. PARTE IV – Continuità e qualità del servizio elettrico (24 ore): Automazione delle reti elettriche di distribuzione, ripristino del servizio e affidabilità delle reti. Indicatori di affidabilità locali e globali. Qualità delle forme d'onda. Distorsione armonica nei sistemi squilibrati. Buchi di tensione e relativi indicatori. Flicker. Load-flow armonico delle reti. Qualità commerciale.
The contents are composed of four main parts, reported below together with the indicative number of hours for each part. PART I – Distribution network switching and protection (27 hours): Definitions of overcurrent, overload and short-circuit. Short-circuit currents, symmetrical and uni-directional components. Generalities on the electric arc. Structure and operation of circuit-breakers for Medium and Low Voltage. Transient Recovery Voltage (TRV). Current interruption in three-phase circuits. Functional schemes and applications. Generation and measurement of direct, alternative and impulsive high voltages. High-current tests. Analysis of the neutral point connections (grounded, grounded through impedance, isolated). PART II – Distribution system structure, analysis and operation (25 hours): Network structures, component models, electrical load classification, aggregate residential loads, uniformly distributed loads, thermostat-controlled loads and cold load pickup; application examples. Distributed generation and resources. Grid connection of the distributed resources. Network representations, power flow calculations in radial and weakly-meshed networks, power flow of unbalanced three-phase systems, probabilistic power flow. Microgrids and evolution of the networks according to the smart grids paradigm. PART III – Distribution system optimization (24 hours): Classification of the optimization problems, optimal reconfiguration in normal conditions, objective functions, constraints, solution techniques. Examples. Optimal distribution operational planning. Single objective functions, multi-objective formulations, constraints and solution methods. PART IV – Service continuity and power quality (24 hours): distribution network automation, service restoration. Distribution system reliability, local and global reliability indicators. Waveform quality, harmonic distortion in unbalanced systems, voltage dips and related indicators. Flicker. Harmonic power flow. Commercial quality.
SDG principale: 12 (la creazione di modelli sostenibili di produzione e consumo passa attraverso la realizzazione e gestione di un sistema di distribuzione dell'energia elettrica affidabile). Altri 2 SDG: 4 (la qualità della formazione è un elemento essenziale per garantire la presenza di esperti qualificati nel settore) e 9 (la modernizzazione dei sistemi elettrici ha un ruolo cruciale nei processi di innovazione in corso, in cui la presenza del vettore elettrico è in forte aumento). Esame: durante la prova orale (indipendentemente dalla modalità, in persona o in remoto) non è possibile consultare appunti, materiale o persone. Come indicato nelle regole per l'esame, è ammesso ritirarsi fino al termine della prima domanda. A partire dall'inizio della seconda domanda l'esame sarà completato e lo studente riceverà il voto dalla Commissione (non è previsto il rifiuto del voto).
Relevant sustainable development goals: 4, 7, 9, 11, 12, and 13.
Oltre alle lezioni in aula, sono previste esercitazioni di laboratorio informatico e sperimentale. Laboratorio informatico (15 ore): calcolo dei flussi di potenza nelle reti elettriche con profili di carico e generazione distribuita; ottimizzazione delle reti elettriche. Laboratori ed esercitazioni sperimentali (3 ore): misure su reti elettriche in condizioni di funzionamento non sinusoidali. Attività presso i laboratori INRIM di Torino (6 ore): prove termiche e prove con forti correnti. E' previsto l'intervento di alcuni esperti esterni, che forniscono indicazioni sull'impiego dei contenuti trattati nelle realtà applicative. Eventuali visite tecniche presso enti o aziende del settore saranno organizzate in base alla disponibilità e ai vincoli logistici.
In addition to the lectures, the course programme includes the use of software tools laboratory activities. Solution of problems with software tools (15 hours): distribution system power flow calculations; distribution network optimization. Laboratory and experimental activities (3 hours): measurements on electrical components and systems in non-sinusoidal operating conditions. Laboratory for thermal, high-voltage and high-current tests at INRIM Torino (6 hours). Possible technical visits at companies and industries.
Appunti dalle lezioni e documentazione disponibile sul portale della didattica. Non esiste alcun testo commerciale che comprenda integralmente gli argomenti trattati. Libri di riferimento: G. Graditi, M. Di Somma (ed.), Distributed Energy Resources in Local Integrated Energy Systems, Elsevier ((ISBN 978-0-12-823899-8), 2021. W. H. Kersting, Distribution systems modeling and analysis (fourth Edition) CRC Press (ISBN 9781498772136), 2017. J. Arrillaga, N.R. Watson, Power system harmonics, 2nd edition, Wiley (ISBN 0-470-85129-5), 2003. R. Billinton, R.N. Allan, Reliability evaluation of power systems, 2nd edition, Plenum Press, New York (ISBN 0-306-45259-6), 1996. M. Bollen, Understanding power quality problems: voltage sags and interruptions, IEEE Press (ISBN 978-0-7803-4713-7), 2000. R.E. Brown, Electric power distribution reliability, Marcel Dekker (ISBN 0-8247-0798-2), 2002. V. Cataliotti, Impianti elettrici, Vol. III: Analisi dei sistemi di distribuzione a media e bassa tensione, Flaccovio, Palermo (ISBN 8878042579). N. Jenkins, R. Allan, P. Crossley, D. Kirschen, G. Strbac, Embedded generation, IET (ISBN 978-0-85296-774-4), 2000. D.N. Gaonkar (ed.), Distributed Generation, Intech (ISBN 978-953-307-046-9), 2010. Available on-line at http://sciyo.com/books/show/title/distributed-generation. Altri riferimenti: R.D. Garzon, High Voltage Circuit Breakers, Dekker, New York (ISBN 0-8247-9821-X), 1997. M. Khalifa (ed.), High-Voltage Engineering - Theory and practice, Dekker, New York (ISBN 0-8247-8128-7), 1990. T.E. Browne, Jr. (ed.), Circuit interruption - Theory and techniques, Dekker, New York, (ISBN 0-8247-7177-X), 1984.
Lecture notes and material available on the course web site. There is no commercial text covering the whole course topics. Reference books: J. Arrillaga, N.R. Watson, Power system harmonics, 2nd edition, Wiley (ISBN 0-470-85129-5), 2003. R. Billinton, R.N. Allan, Reliability evaluation of power systems, 2nd edition, Plenum Press, New York (ISBN 0-306-45259-6), 1996. M. Bollen, Understanding power quality problems: voltage sags and interruptions, IEEE Press (ISBN 978-0-7803-4713-7), 2000. R.E. Brown, Electric power distribution reliability, Marcel Dekker (ISBN 0-8247-0798-2), 2002. N. Jenkins, R. Allan, P. Crossley, D. Kirschen, G. Strbac, Embedded generation, IET (ISBN 978-0-85296-774-4), 2000. W. H. Kersting, Distribution systems modeling and analysis, CRC Press (ISBN 0-8493-0812-7), 2001. D.N. Gaonkar (ed.), Distributed Generation, Intech (ISBN 978-953-307-046-9), 2010. Available on-line at http://sciyo.com/books/show/title/distributed-generation. Other references: T.E. Browne, Jr. (ed.), Circuit interruption - Theory and techniques, Dekker, New York, (ISBN 0-8247-7177-X), 1984. C.H. Flurscheim (ed.), Power circuit breaker theory and design, Peregrinus, London, UK (ISBN 0-906048-70-2), 1975. R.D. Garzon, High Voltage Circuit Breakers, Dekker, New York (ISBN 0-8247-9821-X), 1997. M. Khalifa (ed.), High-Voltage Engineering - Theory and practice, Dekker, New York (ISBN 0-8247-8128-7), 1990.
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;
Exam: Compulsory oral exam;
L’insegnamento riguarda un vasto insieme di concetti e applicazioni. Per accertare le conoscenze, le competenze e la consapevolezza che lo studente ha raggiunto al termine delle attività svolte, la prova orale offre l’ampiezza appropriata per pervenire a un’adeguata valutazione. Il file contenente il consuntivo dettagliato degli argomenti svolti, riferito alle quattro parti del programma svolto, viene inserito dal docente sul portale della didattica al termine delle attività e serve come riferimento per la preparazione dell'esame. L’accesso alla prova orale è subordinato alla verifica (senza voto) di saper risolvere alcuni problemi con l'uso del calcolatore; tali abilità vengono verificate nel corso delle esercitazioni, sulla base dell'ottenimento dei risultati previsti dall'esecuzione dei programmi di calcolo, oppure successivamente con appuntamento concordato con il docente per chi non ha terminato le attività durante le esercitazioni. Non è prevista la stesura di relazioni. Le date di esame vengono concordate con la Commissione all'interno dei periodi di esame prestabiliti. La discussione orale comprende di norma quattro domande, una per ogni parte del programma svolto, e può richiedere la discussione del materiale prodotto durante le esercitazioni o laboratori e l'esecuzione di calcoli con calcolatrici portatili o al calcolatore. La durata approssimativa della prova è da 45 a 60 minuti. Lo studente ha la possibilità di ritirarsi dall’esame prima di iniziare con la seconda domanda. L'esame viene superato se sono stati raggiunti gli obiettivi minimi indicati nella sezione "Risultati di apprendimento attesi". Il mancato raggiungimento di uno o più obiettivi minimi comporta il non superamento dell'esame. Nel caso di risposte particolarmente efficaci, la Commissione potrà proporre allo studente una domanda addizionale per il conseguimento (qualora la risposta sia ancora particolarmente efficace) della lode. Nel caso di mancato superamento dell’esame, la prova di accesso all’esame orale rimane valida senza limiti.
Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.
Exam: Compulsory oral exam;
L’insegnamento riguarda un vasto insieme di concetti e applicazioni. Per accertare le conoscenze, le competenze e la consapevolezza che lo studente ha raggiunto al termine delle attività svolte, la prova orale offre l’ampiezza appropriata per pervenire a un’adeguata valutazione. Il file contenente il consuntivo dettagliato degli argomenti svolti, riferito alle quattro parti del programma svolto, viene inserito dal docente sul portale della didattica al termine delle attività e serve come riferimento per la preparazione dell'esame. L’accesso alla prova orale è subordinato alla verifica (senza voto) di saper risolvere alcuni problemi con l'uso del calcolatore; tali abilità vengono verificate nel corso delle esercitazioni, sulla base dell'ottenimento dei risultati previsti dall'esecuzione dei programmi di calcolo, oppure successivamente con appuntamento concordato con il docente per chi non ha terminato le attività durante le esercitazioni. Non è prevista la stesura di relazioni. Le date di esame vengono concordate con la Commissione all'interno dei periodi di esame prestabiliti. La discussione orale comprende di norma quattro domande, una per ogni parte del programma svolto, e può richiedere la discussione di materiale prodotto durante esercitazioni o laboratori e l'esecuzione di calcoli con calcolatrici portatili o al calcolatore. L'esame viene superato se sono stati raggiunti gli obiettivi minimi indicati nella sezione "Risultati di apprendimento attesi". Il mancato raggiungimento di uno o più obiettivi minimi comporta il non superamento dell'esame. Lo studente ha la possibilità di ritirarsi dall’esame prima di iniziare con la seconda domanda. Nel caso di mancato superamento dell’esame, la prova di accesso all’esame orale rimane valida senza limiti.
In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.
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