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70/LM-0064 - MISURE PER L'ENERGIA ELETTRICA

Anno Accademico 2017/2018

Docente
CARLO MUSCAS (Tit.)
Periodo
Primo Semestre 
Modalità d'Erogazione
Convenzionale 
Lingua Insegnamento
ITALIANO 



Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[70/82]  INGEGNERIA ELETTRICA [82/00 - Ord. 2010]  PERCORSO COMUNE990
Obiettivi

Il corso esamina da un punto di vista pratico i dispositivi e i metodi impiegati per le misure nei sistemi elettrici industriali, con riferimento ai trasduttori di tensione e corrente, ai sistemi di misura basati su microprocessore e all'elaborazione digitale del segnale. Sono approfonditi gli aspetti relativi alle misure per la qualità dell’energia e per le reti elettriche intelligenti (Smart Grid)..

Più in dettaglio, gli obiettivi formativi del corso possono essere espressi secondo i cinque seguenti descrittori:
- Conoscenza e comprensione
Conoscenza approfondita e comprensione degli aspetti teorici e applicativi fondamentali delle misure industriali in generale e di quelle sui sistemi elettrici di potenza in particolare.
- Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Capacità di impostare la progettazione e la gestione di sistemi di misura anche complessi, con la scelta dei componenti più adatti da un punto di vista tecnico ed economico.
- Autonomia di giudizio
Capacità di interpretare correttamente i risultati forniti da un sistema di misura, sulla base delle caratteristiche dei suoi componenti.
- Abilità comunicative
Capacità di comunicare le informazioni tecniche in forma sia orale che scritta. Capacità di discutere problemi e soluzioni con interlocutori specialisti e non specialisti.
- Capacità di apprendimento
Capacità di apprendimento continuo, mediante la corretta interpretazione di bibliografia tecnica e scientifica, manuali di costruttori, norme tecniche e di legge.

Prerequisiti

I prerequisiti sono quelli indicati nel Regolamento didattico della Laurea Magistrale in Ingegneria Elettrica per l’ammissione al primo anno di corso.

Contenuti

1) Misure per la qualità dell’energia (16 ore - lezione)
Concetto di Power Quality. Natura e classificazione dei disturbi. Esigenze di misura. Caratterizzazione dei regimi deformati. Potenze in regime non sinusoidale. Problematiche di compatibilità elettromagnetica. Aspetti normativi.
2) Trasduttori di tensione e di corrente (16 ore - lezione)
Caratterizzazione metrologica dei trasduttori di misura. Trasformatori di misura a nucleo magnetico: comportamento in regime non sinusoidale. Shunt e partitori di tensione. Amplificatori di isolamento. Trasduttori a effetto Hall a ciclo aperto e a ciclo chiuso. Trasduttori con nucleo in aria: bobine di Rogowski. Trasduttori ottici di tensione e corrente.
3) Sistemi di misura basati su microprocessori (8 ore - lezione)
Schede di acquisizione dati. Sistemi di misura modulari (PXI, VXI, LXI ecc.). Sistemi di misura da banco o da rack. Sistemi di misura distribuiti. Controllo remoto della strumentazione di misura. Comunicazione seriale e parallela. Interfaccia IEEE488. USB e Firewire. LAN. Strumentazione virtuale.
4) Elaborazione digitale dei segnali di misura (10 ore - lezione)
Analisi nel dominio del tempo. Sistemi tempo-continui e tempo-discreti. Filtri FIR e IIR. Analisi nel dominio della frequenza. Trasformata Discreta di Fourier (DFT): aspetti metrologici. Finestre di smoothing. Trasformata Rapida di Fourier (FFT). Cenni sui metodi di analisi tempo-frequenza.
5) Unità di misura fasoriali (PMU) (6 ore - lezione)
Definizione di sincrofasore (IEEE Standard C37.118.1-2011). Total Vector Error. Schemi hardware e algoritmi per una PMU. Sistemi di sincronizzazione. Phasor Data Concentrator. Wide Area Monitoring System.
6) Misure per le Smart Grid (4 ore - lezione)
Concetto di Smart Grid ed esigenze di misura. Smart metering. Infrastrutture di misura per il controllo e la protezione.
7) Esercitazioni sperimentali (30 ore)
Il corso comprende un’intensa attività di laboratorio e di lavoro di gruppo per la realizzazione di strumenti di misura virtuali finalizzati alla misura delle potenze in regime non sinusoidale e dei parametri di Power Quality in conformità alle indicazioni della norma IEC 61000-4-30.

Metodi Didattici

Il corso, della durata complessiva di 90 ore, si sviluppa attraverso 60 ore di lezione, durante le quali il docente espone gli argomenti previsti nel programma, e 30 ore di laboratorio, durante le quali gli studenti, lavorando in piccoli gruppi con la supervisione del docente, progettano, realizzano, con le tecniche della strumentazione virtuale, e verificano sperimentalmente uno strumento per la misura delle potenze e la valutazione della qualità della tensione. Per gli studenti lavoratori che non possono frequentare le lezioni la parte di lavoro in gruppo viene sostituita con attività individuale di approfondimento di un argomento concordato col docente.

Verifica dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento avviene in due fasi. Gli studenti devono preliminarmente redigere una tesina basata sullo strumento virtuale realizzato durante le esercitazioni in laboratorio, nelle quale saranno presentati e discussi gli obiettivi, le norme di riferimento, le procedure adottate e i risultati delle prove di validazione. Per gli studenti lavoratori la tesina viene redatta sull'argomento oggetto di approfondimento individuale, concordato col docente, in modo da renderne possibile, a parità di impegno richiesto, lo sviluppo completo in autonomia. In entrambi i casi l'elaborato viene consegnato al docente, il quale indica le eventuali modifiche necessarie. La fase conclusiva della verifica prevede un colloquio orale, durante il quale vengono inizialmente discussi gli argomenti trattati nell'elaborato e vengono successivamente affrontati altri argomenti del corso.
Il punteggio della prova d'esame è attribuito mediante un voto espresso in trentesimi. La valutazione tiene conto di entrambe le fasi e premia in particolare la capacità di esporre con rigore ed efficacia gli argomenti e di evidenziarne gli aspetti pratici.

Testi

Appunti del docente (resi disponibili agli studenti)
C. Muscas, A. Monti, F. Ponci: “Phasor Measurement Units and Wide Area Monitoring Systems”, Academic Press, 2016.M. H. J. Bollen, I. Y. H. Gu: Signal Processing of Power Quality
Disturbances. Wiley-IEEE Press, 2006.
D. Mirri: Strumentazione elettronica di misura. CEDAM, 2003.
Keithley Instruments: Data acquisition and control handbook,
2001.

Altre Informazioni

Il docente rende disponibili agli studenti, in formato elettronico, gli appunti sui quali sono basate le lezioni e le slide che vengono impiegate per la loro presentazione. Vengono inoltre presentati e commentati documenti tecnici dei costruttori di strumentazione e norme tecniche internazionali.

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