B020646 - SISTEMI ELETTRICI PER L'ENERGIA

I contenuti del corso vertono principalmente sull'analisi e controllo dei sistemi elettrici di potenza sia in condizioni di normale funzionamento che in regime di guasto.

Fabio Massimo Gatta. Impianti Elettrici Vol. 1 e 2 – Ed. Esculapio.
Appunti forniti dal docente.
A.Giorgi. M. Calzati - Appunti di Esercizio delle reti elettriche di energia. – Ed. CLUEB.
A.Giorgi – Impianti Elettrici Esercitazioni – Ed. CLUEB Bologna.

Il corso di Sistemi Elettrici per l'Energia deve fornire le conoscenze di base sul complesso processo di produzione, trasmissione e distribuzione dell'energia elettrica, la cui affidabilità si è dimostrata anche nei più recenti trascorsi (si considerino i blackout dell'estate 2003 nel Nord America, nell'Europa settentrionale e in Italia nel settembre 2008) fondamentale per la sopravvivenza e lo sviluppo della moderna civiltà industriale in cui siamo chiamati ad operare.

I prerequisiti fondamentali per una giusta comprensione della materia è avere un'ottima padronanza degli argomenti studiati nei corsi di Elettrotecnica e Macchine Elettriche.

Lezioni in Aula con visita ad un Stazione di Trasformazione .

E' fortemente consigliato seguire le lezioni in aula.

L'esame verte su una prova scritta finale e una prova orale se superata la prova scritta.

1. Gestione della rete elettrica di trasmissione
Decreti di liberalizzazione del mercato elettrico e loro conseguenze sulla produzione, trasmissione e distribuzione dell’energia elettrica. Rete di trasmissione nazionale. Decreti relativi all’unificazione della gestione e della proprietà della rete di trasmissione nazionale. Consistenza degli impianti di trasmissione in Toscana. Nozioni sulle teletrasmissioni al servizio delle reti elettriche di energia. Centri di Ripartizione e Centri di Teleconduzione di Terna.
2. Lo sviluppo dei sistemi elettrici
Generalità e topologia dei Sistemi Elettrici di Potenza. Confronto tra la trasmissione in corrente continua e la trasmissione in corrente alternata monofase e trifase. Lo sviluppo dei sistemi elettrici in Italia e le interconnessioni con l’Europa. Cenni sugli impianti di generazione. Cenni sugli Impianti HVDC.
3. Bipoli e Quadripoli lineari e passivi.
Bipoli e quadripoli lineari passivi, rappresentazioni dei quadripoli con matrice delle impedenze, matrice delle ammettenze e matrice di trasmissione. Reciprocità e simmetria. Accoppiamenti di quadripoli in cascata, in serie e in parallelo.
4. Trasformazioni di variabili per lo studio dei sistemi elettrici
Trasformazione ai valori relativi o in per-unit. Esempio applicativo sulle reti interconnesse. Circuito equivalente del trasformatore in p.u. Trasformatori a rapporto di trasformazione complesso (Booster in fase e Booster in quadratura). Esempio applicativo. Trasformazione ai componenti simmetrici in regime alternato sinusoidale comunque dissimmetrico (Teorema di Fortescue). Componenti statici fisicamente simmetrici. Teorema di Fortescue Generalizzato. Circuiti equivalenti dei trasformatori alla sequenza omopolare in funzione del collegamento degli avvolgimenti. Richiami sul generatore sincrono. Generatore sincrono in parallelo con la rete, Carta di funzionamento di una centrale (curva di capability). Stabilità statica e stabilità dinamica.
5. Linee elettriche aeree
Costituzione di una linea elettrica aerea. Conduttori, sostegni e isolatori delle linee elettriche aeree. Rappresentazione tramite doppio dipolo a parametri distribuiti. Le costanti fondamentali delle linee elettriche di trasmissione. Resistenza chilometrica.
Calcolo dell’induttanza chilometrica longitudinale: linea monofase (bifilare). Coefficienti fittizi di autoinduzione di un conduttore in una linea a n fili paralleli, coefficienti di autoinduzione in una linea simmetrica e dissimmetrica. Conduttanza ed efettocorona. Calcolo delle capacità tra conduttori e tra questi e il terreno. Linea bifilare e linea trifase con e senza fune di guardia. Equazione dei telegrafisti e impedenza caratteristica. Modello per le linee corte e lunghe. Calcolo meccanico.
6. Calcolo dei flussi di potenza in una rete elettrica
Reti elettriche. Modelli in regime stazionario di generatori, carichi ed elementi della rete di trasmissione. Matrice delle ammettenze e delle impedenze. Correnti e tensioni nodali. Calcolo dei flussi di potenza (Load Flow e Power Flow) in una rete elettrica. Equazioni dei flussi di potenza in una linea o in un trasformatore. Equazioni di bilancio nodale delle potenze attive e reattive. Metodi di soluzione delle equazioni di Load Flow (LF). Metodo di Newton-Raphson. Metodo di Newton-Raphson disaccoppiato (Decoupled Load Flow - Metodo di Carpentier). Metodo di Alsac-Stott (disaccoppiato e veloce ‘FDLF’). Metodo del Load Flow in corrente continua. Esempi applicativi di calcoli di load flow con metodi A.C. e D.C. Cenni su Load Flow vincolati e di Optimal Power Flow.
7. Calcolo delle Correnti di Corto Circuito nei Sistemi Elettrici di Potenza
Calcolo delle correnti di corto circuito nei sistemi elettrici di potenza. Cortocircuito Simmetrico con e senza impedenza verso terra; Cortocircuiti dissimmetrici: monofase e bifase con e senza impedenza di guasto verso terra e cortocircuito bifase isolato da terra. Tecniche di calcolo delle correnti di cortocircuito nei sistemi elettrici di potenza a grandi dimensioni. Esempi applicativi.
8. Regolazione della frequenza e della tensione.
Generalità sulla regolazione della frequenza. Schemi di regolazioni a catena aperta e a catena chiusa. Regolatore di velocità Astatico in catena aperta e in catena chiusa. Regolazione della frequenza con centrale pilota. Regolazione frequenza-potenza. Regolazione della tensione. Tecniche di regolazione nelle centrali e nelle reti.
9. Protezione delle Linee, Trasformatori e Alternatori
Requisiti di un sistema di protezione. Classificazione e tipi di relé. Protezioni delle linee: protezioni distanziometriche; protezioni con relé direzionali. Protezioni dei trasformatori: protezione differenziale; relé Bucholz; protezioni differenziali; protezione di terra statorica. Protezioni delle sbarre. Protezioni contro i sovraccarichi (cenni). Schema di una stazione di trasformazione AT/AT.