34621 - SISTEMI ELETTRICI PER L'ENERGIA M

Conoscenze e abilità da conseguire

Il corso si propone di fornire le nozioni alla base della gestione del sistema elettrico di potenza comprendente sistemi di produzione, trasmissione e distribuzione, e quelle necessarie per l'analisi del funzionamento di esso in regime permanente, dinamico ed in condizioni transitorie.

Contenuti

Richiami sulle linee elettriche. I parametri primari e secondari per unità di lunghezza: resistenza, induttanza di servizio, capacità di servizio, conduttanza. Le linee elettriche in regime permanente; impedenza caratteristica e impedenza d'onda; costanti di attenuazione, di propagazione e di fase; velocità di propagazione; lunghezza d'onda; potenza caratteristica e naturale. Calcolo elettrico delle grandi linee. La linea considerata come doppio bipolo; diagramma vettoriale della linea di Baum e Perrine.

 

Lo studio dei flussi di potenza nelle reti (Load Flow). Impostazione del problema del calcolo della ripartizione dei flussi di potenza. Risoluzione del problema: i metodi alla Gauss-Seidel ed alla Newton-Raphson. Le approssimazioni dei metodi di soluzione: l'approssimazione in corrente continua, di Carpentier e di Stott. Le curve delle prestazioni limite dei generatori sincroni trifase per macchine isotrope lineari. Cenni al dispacciamento economico. Load Flow ottimi. La sicurezza statica.

 

Stabilità del parallelo. Stabilità di macchina sincrona collegata a motore sincrono e a rete di potenza infinita. Concetto di stabilità 'statica' e di stabilità transitoria. Equazioni del moto. Criterio delle aree. Applicazione del criterio delle aree ad alcuni casi notevoli (Guasto trifase seguito da apertura permanente o da richiusura riuscita per linee a doppia terna, a semplice terna, ...). Calcolo dell'angolo di spostamento del rotore. Calcolo ed analisi delle piccole oscillazioni di una macchina sincrona collegata a rete di potenza infinita. Concetto di stabilità dinamica.

 

Calcolo delle correnti di cortocircuito. Il cortocircuito e le conseguenze negli impianti. I regimi transitori (aperiodici) di c.c.. Corto circuito dei generatori sincroni. Richiamo sui circuiti equivalenti di sequenza degli elementi costituenti i sistemi elettrici (generatori, trasformatori, linee). Metodologie di calcolo delle correnti di c.c. in regime permanente in reti complesse per vari tipi di c.c. (trifasi, monofasi a terra, tra due fasi tra due fasi e terra). Procedure di soluzione per reti a molti nodi. La matrice delle impedenze.

 

Le protezioni delle linee e dei trasformatori. 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 di terra; protezioni contro i guasti esterni. Protezioni delle sbarre. Protezioni contro i sovraccarichi (cenni).

 

Regolazione della tensione. Regolazione della tensione nelle reti di trasporto e di distribuzione primaria e secondaria. Rifasamento e controllo dei flussi di potenza reattiva. Trasformatori a rapporto di trasformazione variabile. Il collasso della tensione.

 

Regolazione della frequenza. Comportamento tipico di un regolatore di velocità di un gruppo termoelettrico. La regolazione della frequenza primaria in un sistema 'generatore con carichi'. La regolazione della frequenza secondaria nel sistema 'generatore con carichi'. La regolazione della frequenza in un sistema con più generatori e la ripartizione del carico attivo tra le centrali di una rete. Regolazione frequenza-potenza per reti interconnesse.

 

Coordinamento dell'isolamento (cenni). Approccio probabilistico del problema. Il ruolo delle sovratensioni di origine atmosferica. Cenni alla fenomenologia della fulminazione; i sistemi di rilevamento fulmini; protezione delle linee di trasmissione da fulminazione diretta (‘shielding failure' e ‘back-flashover'); protezione della linee di distribuzione dalle fulminazioni indirette; strutture tipiche e funzionamento degli scaricatori; funi di guardia e loro ruolo nella protezione delle linee aeree.

 

I transitori elettromagnetici nei sistemi di potenza. Richiami sulle onde viaggianti su linee prive di perdite; coefficienti di riflessione e trasmissione; linea con terminazione non puramente resistiva, eccetera. Propagazione su linee con perdite; impedenza del suolo; formula di Carson. Il metodo di Bergeron; Il codice di calcolo Electro Magnetic Transient Program (EMTP). Applicazione allo studio della protezione delle linee elettriche dalle fulminazioni.

 

Impiego della corrente continua (cenni). Casi in cui può convenire la utilizzazione di linee in corrente continua, per il trasporto di energia su grandi distanze, per collegamenti sottomarini e per scambi di energia tra grandi reti (back-to-back) come nel caso del collegamento tra le reti dell'Europa occidentale e orientale, e per lo sfruttamento di fonti energetiche rinnovabili.

 

Testi/Bibliografia

R. Marin, M. Valtorta, Trasmissione ed interconnessione, V Ed., Cedam, Padova, 1973.

D. Zanobetti, M. Pezzi, Lezioni di impianti elettrici, CLUEB, Bologna, 1981.

F. Iliceto, Impianti elettrici, Pàtron, 1981, o edizioni seguenti.

R. Marconato, Sistemi elettrici di potenza, 2 voll. CLUP, Milano, 1985, o edizioni seguenti.

A. Paolucci, Lezioni di trasmissione dell'energia elettrica, Cleup, Padova, 1990 o edizioni seguenti.

G. Malaman, A Giorgi, M. Calzati, Teletrasmissioni al servizio delle reti elettriche di energia, Pitagora editrice, Bologna, 1988.

A. Silvestri, “Sistemi elettrici per l'energia” nel Nuovo Colombo - Manuale dell'Ingegnere, Hoepli, 2000.

Metodi didattici

Lezioni frontali tenute dal docente alla lavagna e con videoproiezione di diapositive; esercitazioni in aula ed in laboratorio con ausilio del calcolatore e di software professionale (Matlab-Simulink, EMTP-RV) sul calcolo dei flussi di potenza, delle correnti di corto circuito, sulla stabilità di trasmissione, e sulla regolazione della frequenza e della tensione e sui transitori elettromagnetici. Il corso si completa con la visita ad una stazione di trasformazione AT/MT di Terna di cui viene consegnato ed illustrato in precedenza lo schema.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame consiste di una prova scritta, superata la quale è possibile accedere alla prova orale.

Strumenti a supporto della didattica

Dispense redatte dal docente, disponibili al sito http://campus.cib.unibo.it

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Carlo Alberto Nucci