Docente/i: Paolo Marannino  

Denominazione del corso: Elementi di sistemi elettrici
Codice del corso: 064123
Corso di laurea: Ingegneria per l'Ambiente e il Territorio
Settore scientifico disciplinare: ING-IND/33
Crediti formativi: CFU 6
Sito web del corso: n.d.

Obiettivi formativi specifici

Al termine del corso lo studente deve avere acquisito le conoscenze di base sul complesso processo di produzione, trasmissione e distribuzione dell'energia elettrica. Deve inoltre avere presente come attraverso una programmazione accurata dello sviluppo dei componenti ed un controllo coordinato dell’esercizio dell’intero sistema sia possibile garantirne il grado di affidabilità necessario per uno sviluppo ordinato della moderna civiltà industriale.

Programma del corso

RICHIAMI DI ELETTROTECNICA

• Grandezze e componenti fondamentali. Definizione operativa di tensione, corrente, potenza.
• Reti elettriche resistive. Bipoli, leggi di Kirchhoff. Partitori; bipoli attivi, serie e parallelo.
• Grandezze sinusoidali, fasori e vettori nel piano complesso: Operazioni sui fasori. Bipoli in regime sinusoidale, impedenza e ammettenza, potenza apparente.
• Sistemi trifase in regime simmetrico ed equilibrato, rete monofase equivalente.
• Cenni sulle macchine elettriche: Induzione elettromagnetica. Auto e mutue induttanze. Circuito equivalente del trasformatore, macchina sincrona, macchina asincrona.

STRUTTURA DEI SISTEMI ELETTRICI

• Domanda di energia elettrica e modalità di copertura del fabbisogno. Sviluppo dei sistemi elettrici in Italia e nel mondo. Il passaggio da strutture monopolistiche e verticalmente integrate alla competizione nel mercato della domanda e dell’offerta, la direttiva CE 96/92; struttura del mercato italiano, dati sulla situazione elettrica europea.
• sistema elettrico di produzione, trasmissione, subtrasmissione, distribuzione primaria e secondaria: Sistemi in CC, sistemi in CA monofase e trifase. Struttura delle reti elettriche: impianti di generazione, trasformatori, linee di trasmissione, carichi.
• generazione: Fonti primarie per la generazione, fabbisogni di energia elettrica, bilanci energetici, diagrammi di carico e loro copertura con i mezzi di produzione. Centrali idroelettriche ad acqua fluente, a bacino, a serbatoio e di pompaggio. Centrali termoelettriche a vapore di condensazione, a gas e con cicli combinati. Centrali eoliche e solari, centrali che utilizzano altre fonti rinnovabili, certificati verdi. Numero ore di utilizzazione della potenza e perdite. Costi di produzione. Interazione tra gli impianti di generazione e l’ambiente.
• trasmissione: Linee elettriche aeree e in cavo: caratteristiche costruttive. Distribuzione della corrente nei conduttori in c.a.; perdite e resistenza in c.a.. Induttanza delle linee: caso monofase con calcolo diretto. Capacità: sistemi di equazioni e impostazione generale del calcolo. Perdite laterali e conduttanza; effetto corona: tensione critica, perdite, disturbi. Linee elettriche come doppio bipolo. Matrice delle impedenze, matrice delle ammettenze e matrice di trasmissione. Equazioni differenziali delle linee elettriche, rappresentazione delle linee tramite doppio dipolo a parametri distribuiti, lunghezza d’onda, linee corte e rappresentazione a parametri concentrati, impedenza caratteristica e potenza naturale. Doppi dipoli equivalenti dei trasformatori a due avvolgimenti. Rappresentazione in per unità. Trasformatori elevatori di centrale, autotrasformatori di interconnessione, trasformatori di distribuzione.
• distribuzione: Reti a M.T. e B.T.. Reti radiali ed a maglie. Cabine di sezionamento, smistamento, trasformazione e regolazione. Stato del neutro, sovratensioni transitorie e coordinamento dell'isolamento. Sicurezza elettrica.

CALCOLI DI RETE E DIMENSIONAMENTO DEGLI IMPIANTI ELETTRICI

• Calcolo dei flussi di potenza in una rete elettrica: Equazioni dei flussi di potenza in una linea o in un trasformatore. Equazioni di bilancio nodale delle potenze. Metodo semplificato in corrente continua (DC load flow).
• Dispacciamento: La programmazione delle generazione delle potenze attive dei gruppi generatori: dispacciamento ad uguali costi incrementali.
• La competizione nel mercato dell’energia elettrica: curve di domanda e di offerta. Il ruolo dei diversi operatori del mercato. La sicurezza dell’esercizio: il ruolo del sistema elettrico di trasmissione.
• Metodi di calcolo con i valori relativi (per unità): caduta di tensione; rifasamento.
• Calcoli di corto circuito: Calcoli di corto circuito per guasto simmetrico e dissimmetrico e dimensionamento dei dispositivi di protezione.
• Comportamento termico dei conduttori a regime e in caso di corto circuito: legge di Arrhenius.
• Criteri per il dimensionamento delle linee elettriche MT e BT

CONTROLLO DELLA FREQUENZA E DELLA TENSIONE

• La regolazione della frequenza dei gruppi di generazione: regolazione primaria, regolazione secondaria di sistemi isolati. La regolazione della frequenza e delle potenze di scambio di sistemi interconnessi.
• La regolazione della tensione nelle reti elettriche: Regolazione locale nei nodi di carico. Regolazione primaria dei generatori sincroni, sistemi di eccitazione rotanti e statici, controllo gerarchico della tensione e della potenza reattiva.

Prerequisiti

Avere un'adeguate conoscenza dell'analisi matematica e della fisica generale.

Tipologia delle attività formative

Lezioni (ore/anno in aula): 32
Esercitazioni (ore/anno in aula): 26
Laboratori (ore/anno in aula): 0
Progetti (ore/anno in aula): 0

Materiale didattico consigliato

[1] F. Iliceto. Impianti elettrici, Vol. 1. Pàtron, Bologna.

[2] N. Faletti, P. Chizzolini. Trasmissione e distribuzione dell'energia elettrica. Vol. 1 e 2. Pàtron, Bologna.

[3] Olle Elgerd. Electric Energy Systems Theory - An Introduction. McGraw-Hill.

[4] Appunti delle lezioni, articoli da riviste nazionali e internazionali, informazioni dai siti internet del gestore della rete di trasmissione nazionale (TERNA) e dell’Autorità dell’Energia Elettrica e del Gas.

Modalità di verifica dell'apprendimento

L’accertamento delle conoscenze degli studenti verrà effettuato, oltre che con prove in itinere e a conclusione del corso, con l’esame orale a completamento della preparazione della materia