Il corso si colloca nell'area di apprendimento dei Sistemi elettroenergetici e si propone di approfondire gli aspetti riguardanti i principali componenti dei sistemi di distribuzione dell'energia elettrica in Media Tensione e in Bassa Tensione. 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 e delle risorse distribuite connesse in rete, e la pianificazione ottimale delle reti.

I contenuti trattati intendono fornire conoscenze e capacità di comprensione, in modo specifico o integrato con i contenuti degli altri corsi della medesima area di apprendimento, relativamente 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 in condizioni normali e di guasto;
- ottimizzazione del funzionamento delle reti elettriche;
- integrazione della generazione distribuita e delle risorse distribuite nelle reti elettriche;
- affidabilità e qualità della fornitura dell'energia elettrica;
- interazioni dei sistemi energetici con l'ambiente.

Dal punto di vista applicativo, le capacità da acquisire rientrano in quelle indicate per l'area di apprendimento Sistemi elettroenergetici. Nel dettaglio, gli obiettivi minimi del corso riguardano:
- capacità di scegliere ed interpretare le caratteristiche di funzionamento delle apparecchiature di manovra e protezione per sistemi di distribuzione in corrente continua e in corrente alternata;
- 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 generazione distribuita e alle risorse distribuite e alla loro connessione in rete.

Le conoscenze e abilità richieste come prerequisiti per il corso 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).

 Struttura ed esercizio dei sistemi di distribuzione (5 ore): schemi dei sistemi di distribuzione, modello dei componenti per lo studio dei sistemi di distribuzione (linee, trasformatori, generatori, condensatori, ecc.); misura, classificazione e modelli dei carichi elettrici; modello di carichi residenziali aggregati; carichi uniformemente distribuiti, carichi a controllo termostatico e cold load pickup; implicazioni tariffarie del modello dei carichi elettrici, controllo dei carichi; esempi di applicazione.
 Analisi dei sistemi di distribuzione (14 ore): rappresentazione delle reti radiali, matrici di incidenza, calcolo dei flussi di potenza nei sistemi di distribuzione, calcolo dei flussi di potenza nelle reti debolmente magliate, metodo backward/forward sweep, load-flow di sistemi trifasi squilibrati; modello probabilistico di carichi e generatori; load-flow probabilistico; classificazione dei problemi di ottimizzazione; riconfigurazione ottimale in condizioni normali di funzionamento, funzioni obiettivo, vincoli e tecniche di soluzione.
 Protezione e manovra delle reti di distribuzione (12 ore): richiami sull'arco elettrico: caratteristica statica e dinamica, modelli dell'arco elettrico, interruttori automatici in olio ridotto, ad esafluoruro di zolfo, a deionizzazione magnetica, in vuoto e magnetici per Bassa Tensione; fusibili (caratteristiche costruttive dei fusibili per forti correnti, curve di intervento e di integrale di Joule, curve di limitazione della corrente, effetto dell'energia d'arco al variare della corrente e dell'angolo di chiusura in cortocircuito, funzionamento del fusibile per basse correnti, fusibili a campo pieno e a campo ridotto, definizione delle prove sui fusibili); rappresentazione degli schemi funzionali, simbologia ed esempi di applicazione; generazione e misura di alte tensioni continue, alternate e impulsive)
 Stato del neutro (6 ore): analisi delle tipologie di connessione a terra delle reti (neutro direttamente o efficacemente a terra, a terra tramite impedenza, isolato) e delle relative sovratensioni.
 Sistemi di distribuzione in corrente continua (4 ore): interruzione di correnti continue e dispositivi di interruzione, applicazioni a sistemi industriali e di trazione elettrica.
 Generazione distribuita e risorse distribuite (12 ore): definizioni e criteri di classificazione delle sorgenti per la generazione distribuita, vincoli per la diffusione della generazione distribuita, cenni alle soluzioni tecnologiche per le risorse distribuite; multi-generazione distribuita; il ruolo dell'ambiente; interfacciamento e modalità operative della generazione locale connessa in rete (backup, peak shaving, net metering), modello delle reti elettriche con risorse distribuite e calcolo dei flussi di potenza, impatto della generazione locale su profili di tensione e perdite; regolazione della tensione nei sistemi con generazione distribuita; allocazione delle perdite nei sistemi con risorse distribuite; possibilità di funzionamento in isola; microreti e loro gestione in condizioni statiche e dinamiche; sincronizzazione con la rete e interruzione in discordanza o in opposizione di fase; normative riguardanti i criteri per la connessione in rete delle risorse distribuite.
 Continuità del servizio elettrico (9 ore): cause di disservizio, automazione delle reti elettriche di distribuzione, classificazione delle operazioni di ripristino del servizio, affidabilità delle reti elettriche di Media Tensione, modelli affidabilistici per guasti temporanei e permanenti, strategie di riparazione dei guasti, indicatori locali e globali di affidabilità dei sistemi di distribuzione, regolamentazione della continuità del servizio; riconfigurazione ottimale delle reti di distribuzione in condizioni di emergenza (service restoration), funzioni obiettivo, vincoli e tecniche di soluzione.
 Qualità delle forme d'onda (6 ore): richiami sul regime quasi-stazionario (variazioni di frequenza, simmetria, variazione di fase, armoniche e interarmoniche, flicker, rumore), transitori veloci (spike e oscillazioni), variazioni di tensione a breve termine (buchi di tensione, aumenti di tensione, oscillazioni), variazioni di tensione a lungo termine (sovratensioni e riduzioni di tensione), tecniche di filtraggio passivo e attivo; analisi della normativa internazionale sui disturbi condotti; load-flow armonico delle reti di distribuzione.
 Qualità commerciale (2 ore): interazioni tra fornitore e cliente, tecniche di valutazione dei servizi agli utenti, incentivi e penalizzazioni.
 Pianificazione ottimale delle reti di distribuzione (6 ore): pianificazione ottimale in condizioni operative; localizzazione ottimale dei condensatori; pianificazione ottimale dell'espansione del sistema; ottimizzazione multi-obiettivo delle reti elettriche con vincoli tecnici, ambientali ed economici; funzioni obiettivo, vincoli e tecniche di soluzione.

Esercitazioni di calcolo (9 ore): modello dei componenti per sistemi di distribuzione; carichi a controllo termostatico; stato del neutro; generazione distribuita; continuità del servizio elettrico; qualità delle forme d'onda.
Laboratorio informatico (12 ore): calcolo dei flussi di potenza nelle reti elettriche; riconfigurazione ottimale; affidabilità delle reti elettriche; pianificazione ottimale.
Laboratori ed esercitazioni sperimentali (3 ore): misure su reti elettriche in condizioni di funzionamento non sinusoidali.
Eventuali visite tecniche presso enti o aziende del settore; struttura del laboratorio per prove termiche, prove con alte tensioni e prove con forti correnti (presso INRIM Torino).

Appunti dalle lezioni e documentazione disponibile sul portale della didattica.
Non esiste alcun testo commerciale che tratti integralmente gli argomenti del corso.

Libri di riferimento:
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.
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.

Altri:
T.E. Browne, Jr. (ed.), 'Circuit interruption ' Theory and techniques', Dekker, New York, (ISBN 0-8247-7177-X), 1984
D. Fabrizi, 'L'arco ed i contatti elettrici nel processo di interruzione', Pitagora, Bologna, 1975
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

La prova finale è basata su una discussione orale, comprende domande su diverse parti del programma svolto, e può richiedere la discussione di materiale prodotto durante le esercitazioni e l'esecuzione di calcoli con calcolatrici portatili o al calcolatore, e l'impiego di software dedicato. Le date di esame vengono concordate con la Commissione all'interno dei periodi di esame prestabiliti.
Per accedere alla prova orale è necessario saper risolvere alcuni problemi con l'uso del calcolatore; il docente verificherà che tali abilità siano state raggiunte nel corso delle esercitazioni o con una successiva prova di accesso all'esame.
La valutazione finale riguarda il livello delle conoscenze e competenze raggiunto sulle varie parti del programma. L'esame viene superato se sono stati raggiunti gli obiettivi minimi indicati nella sezione CONOSCENZE E ABILITÀ DA ACQUISIRE. Il mancato raggiungimento di uno o più obiettivi minimi comporta il non superamento dell'esame.