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, anche in relazione alla connessione con sistemi in Alta Tensione. Vengono trattati la struttura dei sistemi, le caratteristiche dei componenti e dei dispositivi di protezione, le tecniche di analisi e ottimizzazione delle reti, lo studio dei guasti nelle reti, lo studio della continuita’ e qualita’ 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 attivita’ dell'insegnamento alcuni esperti esterni che permettono di effettuare gli opportuni collegamenti fra i concetti trattati e le realta’ applicative.

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: - struttura e componenti delle reti elettriche di distribuzione; - modelli e tecniche numeriche di soluzione delle reti elettriche; - ottimizzazione del funzionamento delle reti elettriche di distribuzione; - impatto della generazione distribuita nelle reti elettriche; - affidabilità e qualità della fornitura dell'energia elettrica. 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 elettriche; - capacità di applicare almeno una tecnica numerica per la soluzione 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.

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).

Il programma è suddiviso in quattro parti. Si riporta nel seguito l'elenco degli argomenti, per l’anno accademico 2026/27 suddiviso nelle versioni riferite al primo anno e al secondo anno della Laurea Magistrale in Ingegneria Elettrica. ----------------------------------------------------------------------------------------------- Versione per il primo anno della Laurea magistrale in Ingegneria Elettrica Parte 1 – Struttura delle reti e modello dei componenti Struttura delle reti di trasmissione e distribuzione. Struttura di una stazione elettrica. Automazione delle stazioni. Metodo dei valori relativi. Parametri e modelli delle linee elettriche. Esempi di applicazione. Caratteristiche dei trasformatori. Modelli per il calcolo dei flussi di potenza. Modello dei generatori. Curve limite di prestazione (capability). Modello dei carichi. Modello dei sistemi di accumulo. Esempi di applicazione. Parte 2 – Metodi di calcolo per le reti Analisi delle reti di distribuzione. Calcolo dei flussi di potenza nelle reti radiali, ad anello e debolmente magliate. Perdite tecniche e non tecniche, allocazione delle perdite. Calcolo dei flussi di potenza nelle reti di distribuzione squilibrate. Implementazione del calcolo dei flussi di potenza per reti di distribuzione. Analisi delle reti di trasmissione. Matrice delle ammettenze nodali. Sistema a due nodi. Variabili ed equazioni per il calcolo dei flussi di potenza, metodi di calcolo. Esempi di applicazione. Ottimizzazione delle reti di distribuzione. Funzioni obiettivo e vincoli. Riconfigurazione ottimale. Ottimizzazione multi-obiettivo. Frontiera di Pareto. Ordinamento delle soluzioni con metodo TOPSIS. Coordinamento tra gli operatori delle reti di trasmissione e distribuzione. Parte 3 – Guasti, protezioni e risorse distribuite Definizioni di sovracorrente, sovraccarico e cortocircuito. Transitorio di cortocircuito. Arco elettrico. Interruzione di correnti alternate. Tensione transitoria di ritorno. Interruzione di circuiti trifasi. Apparecchi di manovra e protezione. Interruttori. Fusibili. Trasformatori di misura. Contattori. Schemi funzionali. Laboratorio per prove termiche e per forti correnti. Studio dei guasti. Componenti simmetriche. Modello dei componenti. Guasti con equilibrio e squilibrio del sistema. Metodo di sovrapposizione degli effetti. Buchi di tensione. Propagazione dei guasti. Matrice dei buchi di tensione. Regolamentazione di ARERA. Protezione delle reti di trasmissione con relè distanziometrico direzionale a impedenza. Stato del neutro per reti di trasmissione e distribuzione. Generazione distribuita e risorse distribuite. Hosting capacity. Evoluzione della regolamentazione. Funzionamento in isola. Modello della generazione rinnovabile in condizioni di incertezza. Modello probabilistico dei carichi e dei generatori. Calcolo probabilistico dei flussi di potenza. Controllo della tensione nei sistemi con generazione distribuita. Fault ride-through capability. Problemi di frequenza con generazione distribuita. Protezione del sistema locale con relè di tensione e frequenza. Parte 4 – Pianificazione e qualità del servizio elettrico Continuità del servizio e resilienza. Guasti e ripristino del servizio nelle reti di distribuzione. Modello affidabilistico dei componenti riparabili. Indicatori di affidabilità per la rete di distribuzione. Smart fault selection. Regolamentazione di ARERA. Qualità commerciale. Riconfigurazione in condizioni di emergenza, funzione obiettivo e vincoli. Resilienza delle reti di trasmissione e di distribuzione. Pianificazione ottimale delle reti di distribuzione. Funzione obiettivo e vincoli. Pianificazione operativa ottimale, soluzioni con ricerca esaustiva e algoritmi genetici. Pianificazione con espansione del sistema. Qualità delle forme d’onda. Indicatori di squilibrio delle reti. Campionamento, deduzione della trasformata discreta di Fourier. Armoniche e interarmoniche: concetti base, indicatori, standard IEC, gruppi e sottogruppi armonici e interarmonici. Armoniche nelle reti elettriche, condizioni di risonanza. Armoniche nei sistemi trifase squilibrati. Soprarmoniche. Potenze con forme d’onda distorte. Calcolo di flussi di potenza con armoniche. Filtraggio delle armoniche. Flicker. Oltre l’analisi di Fourier. ----------------------------------------------------------------------------------------------- Versione per il secondo anno della Laurea magistrale in Ingegneria Elettrica Parte 1 – Struttura delle reti e modello dei componenti Struttura delle reti di trasmissione e distribuzione. Struttura di una stazione elettrica. Automazione delle stazioni. Caratteristiche delle linee elettriche e dei trasformatori. Modelli per il calcolo dei flussi di potenza. Modello dei generatori. Curve limite di prestazione (capability). Modello dei carichi. Metodi di clustering per l’analisi dei carichi. Definizione dei dati di ingresso. Applicazione dei metodi di clustering. Valutazione dei risultati del clustering. Modello dei sistemi di accumulo. Esempi di applicazione. Parte 2 – Metodi di calcolo per le reti Analisi delle reti di distribuzione. Calcolo dei flussi di potenza nelle reti radiali, ad anello e debolmente magliate. Perdite tecniche e non tecniche, allocazione delle perdite. Calcolo dei flussi di potenza nelle reti di distribuzione squilibrate. Implementazione del calcolo dei flussi di potenza per reti di distribuzione. Ottimizzazione delle reti di distribuzione. Funzioni obiettivo e vincoli. Riconfigurazione ottimale. Ottimizzazione multi-obiettivo. Frontiera di Pareto. Ordinamento delle soluzioni con metodo TOPSIS. Coordinamento tra gli operatori delle reti di trasmissione e distribuzione. Implementazione dei meccanismi di chiusura e apertura di rami e calcolo delle funzioni obiettivo. Parte 3 – Guasti, protezioni e risorse distribuite Definizioni di sovracorrente, sovraccarico e cortocircuito. Transitorio di cortocircuito. Arco elettrico. Interruzione di correnti alternate. Tensione transitoria di ritorno. Interruzione di circuiti trifasi. Apparecchi di manovra e protezione. Interruttori. Fusibili. Trasformatori di misura. Contattori. Schemi funzionali. Laboratorio per prove termiche e per forti correnti. Buchi di tensione. Propagazione dei guasti. Matrice dei buchi di tensione. Regolamentazione di ARERA. Caratterizzazione dei buchi di tensione. Abaco per la valutazione dei buchi di tensione. Indagini sui buchi di tensione. Protezione delle reti di trasmissione con relè distanziometrico direzionale a impedenza. Stato del neutro per reti di trasmissione e distribuzione. Generazione distribuita e risorse distribuite. Hosting capacity. Evoluzione della regolamentazione. Funzionamento in isola. Modello della generazione rinnovabile in condizioni di incertezza. Modello probabilistico dei carichi e dei generatori. Calcolo probabilistico dei flussi di potenza. Controllo della tensione nei sistemi con generazione distribuita. Fault ride-through capability. Problemi di frequenza con generazione distribuita. Protezione del sistema locale con relè di tensione e frequenza. Parte 4 – Pianificazione e qualità del servizio elettrico Continuità del servizio e resilienza. Guasti e ripristino del servizio nelle reti di distribuzione. Modello affidabilistico dei componenti riparabili. Indicatori di affidabilità per la rete di distribuzione. Smart fault selection. Regolamentazione di ARERA. Qualità commerciale. Riconfigurazione in condizioni di emergenza, funzione obiettivo e vincoli. Resilienza delle reti di trasmissione e di distribuzione. Pianificazione ottimale delle reti di distribuzione. Funzione obiettivo e vincoli. Pianificazione operativa ottimale, soluzioni con ricerca esaustiva e algoritmi genetici. Pianificazione con espansione del sistema. Qualità delle forme d’onda. Indicatori di squilibrio delle reti. Campionamento, deduzione della trasformata discreta di Fourier. Armoniche e interarmoniche: concetti base, indicatori, standard IEC, gruppi e sottogruppi armonici e interarmonici. Armoniche nelle reti elettriche, condizioni di risonanza. Armoniche nei sistemi trifase squilibrati. Soprarmoniche. Potenze con forme d’onda distorte. Calcolo di flussi di potenza con armoniche. Filtraggio delle armoniche. Flicker. Oltre l’analisi di Fourier. Laboratorio di qualità delle forme d’onda. Valutazione degli indicatori ed esempi di applicazione. Elaborazione dei risultati delle misure.

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: 7 (l'accesso ai sistemi richiede la conoscenza delle reti elettriche che permettono la trasmissione e la distribuzione dell'energia elettrica) 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).

L’insegnamento Distribuzione e utilizzazione dell’energia elettrica nell’anno accademico 2026/27 si terrà contemporaneamente per gli studenti del primo e del secondo anno della Laurea Magistrale in Ingegneria Elettrica, in base alla riforma che ha portato allo scambio di anno rispetto a Sistemi elettrici di potenza. Contestualmente, il programma è stato modificato per rendere disponibili nell’insegnamento Distribuzione e utilizzazione dell’energia elettrica alcuni aspetti di interesse generale che gli studenti del secondo anno della Laurea magistrale hanno già seguito. Per questo motivo, in via transitoria nell’anno accademico 2026/27 il programma di Distribuzione e utilizzazione dell’energia elettrica non sarà lo stesso per gli studenti dei due anni di corso. I dettagli sono riportati nella sezione dedicata al Programma. La gestione della logistica per poter seguire le attività previste sarà indicata dal docente prima dell’inizio delle lezioni. Oltre alle lezioni in aula, sono previste esercitazioni di laboratorio informatico e sperimentale. Laboratorio informatico: calcolo dei flussi di potenza nelle reti elettriche. Laboratori ed esercitazioni sperimentali (per gli studenti del secondo anno): misure su reti elettriche in condizioni di funzionamento non sinusoidali. Attività riferita ai laboratori INRIM di Torino: prove termiche e prove con forti correnti. E' previsto l'intervento di 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.

Appunti dalle lezioni e documentazione disponibile sul portale della didattica. Non esiste alcun testo commerciale che comprenda integralmente gli argomenti trattati. Libri di riferimento: W. H. Kersting, Distribution systems modeling and analysis (fourth Edition) CRC Press (ISBN 9781498772136), 2017. J. Grainger, W.D. Stevenson, Power System Analysis, McGraw-Hill (ISBN 9780070612938), 1994. G. Graditi, M. Di Somma (ed.), Distributed Energy Resources in Local Integrated Energy Systems, Elsevier ((ISBN 978-0-12-823899-8), 2021. 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. 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. 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.

Slides; Esercitazioni di laboratorio; Strumenti di simulazione;

Modalita 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 varie 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 40 a 60 minuti. Durante la prova orale non è possibile consultare appunti, materiale o persone. Lo studente ha la possibilità di ritirarsi dall’esame prima di iniziare con la seconda domanda. A partire dall'inizio della seconda domanda l'esame sarà completato e lo studente riceverà il voto dalla Commissione. 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 disabilita 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'Unita Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione piu idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.