L'insegnamento 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 connessa 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 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 in condizioni normali e di guasto; - 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 l'area di apprendimento Sistemi elettroenergetici. 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.

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 con il numero di ore indicativo per ciascun argomento. PARTE I – Protezione e manovra dei sistemi di distribuzione (27 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. Generazione e misura di alte tensioni continue, alternate e impulsive. Prove con forti correnti. Connessione a terra delle reti (neutro a terra, neutro a terra tramite impedenza, neutro isolato). PARTE II – Struttura ed esercizio dei sistemi di distribuzione (25 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, deterministico e 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. 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.

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, prove con alte tensioni e prove con forti correnti. Eventuali visite tecniche presso enti o aziende del settore.

Appunti dalle lezioni e documentazione disponibile sul portale della didattica. Non esiste alcun testo commerciale che comprenda integralmente gli argomenti trattati. 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 riferimenti: 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 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.

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.