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Anno Accademico 2016/17
01APPNC
Distribuzione e utilizzazione dell'energia elettrica
Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Elettrica - Torino
Docente Qualifica Settore Lez Es Lab Tut Anni incarico
Chicco Gianfranco ORARIO RICEVIMENTO PO ING-IND/33 76 0 24 21 11
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/33 10 B - Caratterizzanti Ingegneria elettrica
Presentazione
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 e delle risorse distribuite connesse in rete, e la pianificazione ottimale delle reti.
Risultati di apprendimento attesi
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, 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 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.
Prerequisiti / Conoscenze pregresse
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).
Programma
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 – Struttura ed esercizio dei sistemi di distribuzione (40 ore): Schemi delle reti, modello dei componenti. 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. Load-flow di reti trifasi squilibrate, load-flow probabilistico. 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 II – 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. Interruzione di correnti continue e dispositivi di interruzione. Connessione a terra delle reti (neutro a terra, neutro a terra tramite impedenza, neutro isolato).

PARTE III – Continuità e qualità del servizio elettrico (18 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.

PARTE IV – Generazione distribuita e risorse distribuite (15 ore): Classificazione delle risorse distribuite. Multi-generazione distribuita. Il ruolo dell’ambiente. Modello delle reti elettriche con risorse distribuite, controllo locale della tensione. Interfacciamento delle risorse distribuite con la rete di distribuzione. Funzionamento in isola. Microreti ed evoluzione delle reti verso le "smart grid".
Organizzazione dell'insegnamento
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; riconfigurazione ottimale 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.
Testi richiesti o raccomandati: letture, dispense, altro materiale didattico
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:
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
Criteri, regole e procedure per l'esame
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'esame è orale, con accesso subordinato alla verifica 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. Non è prevista la stesura di relazioni. Gli studenti che non hanno superato la verifica durante le esercitazioni hanno la possibilità di svolgere una successiva prova di accesso all'esame basata sull'esecuzione dei programmi di calcolo, in una delle date di esame.
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, può richiedere la discussione di materiale prodotto durante esercitazioni o laboratori e l'esecuzione di calcoli con calcolatrici portatili o al calcolatore.
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 "Risultati di apprendimento attesi". Il mancato raggiungimento di uno o più obiettivi minimi comporta il non superamento dell'esame.
Orario delle lezioni
Statistiche superamento esami

Programma definitivo per l'A.A.2016/17
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