Introduction to electrical power systems Mohamed E. El-Hawary

Introduction to electrical power systems Mohamed E. El-Hawary
Introduction to electrical power systems Mohamed E. El-Hawary
Introduction to electrical power systems Mohamed E. El-Hawary

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E. El-Hawary
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Edition Sachchidanand Shukla
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Edition K. S. Birdi
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Hawary Digital Instant Download
Author(s): Mohamed E. El-Hawary
ISBN(s): 9780470411360, 0470411368
Edition: Adapted and updated ed
File Details: PDF, 14.29 MB
Year: 2008
Language: english

7. Introduction to 
Electrical Power Systems 

8. Books in the IEEE Press Series  on Power Engineering 
Principles of Electric Machines with Power Electronic Applications, 
Second Edition 
M.E. El-Hawary 
Pulse Width Modulation for Power Converters: Principles and Practice 
D. Grahame Holmes and Thomas Lip0 
Analysis of Electric Machinev and Drive Systems,  Second Edition 
Paul 
C. Krause, Oleg Wasynczuk, and Scott D. Sudhoff 
Risk Assessment for Power Systems: Models, Methods, and Applications 
Wenyuan Li 
Optimization Principles: Practical Applications to the Operations  of Markets of 
the Electric Power Industry 
Narayan S. Rau 
Electric Economics: Regulation and Deregulation 
Geoffrey Rothwell and Tomas Gomez 
Electric Power Systems: Analysis and Control 
Fabio Saccomanno 
Electrical Insulation for Rotating Machines: Design, Evaluation, Aging, Testing, 
and Repair 
Greg Stone, Edward A. Boulter, Ian Culbert, and Hussein Dhirani 
Signal Processing  of Power Quality Disturbances 
Math H.  J. Bollen and Irene Y. H. Gu 
Instantaneous Power Theory and Applications to Power Conditioning 
Hirofumi Akagi, Edson H. Watanabe and Mauricio Aredes 
Maintaining Mission  Critical Systems in a  24/7 Environment 
Peter M. Curtis 
Elements of Tidal-Electric Engineering 
Robert H. Clark 
Handbook of Large Turbo-Generator Operation and Maintenance, 
Second Edition 
Geoff Klempner and Isidor Kerszenbaum 
Introduction to Electrical Power Systems 
Mohamed E. El-Hawary 

9. Introduction to 
Electrical Power Systems 
Mohamed E. El-Hawary 
ON POWER 
ENGINEERING 
Mohamed E. El-Hawary, Series Editor 
IEEE 
IEEE Press 
WlLEY 
A JOHN WILEY  & SONS, INC., PUBLICATION 

10. IEEE Press 
445 Hoes Lane 
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Library of Congress Cataloging-in-Publieation Data is available. 
ISBN 978-0470-40863-6 
Printed in the United States of America 
I0987654321 

11. CONTENTS 
Preface  ix 
Chapter 1 - INTRODUCTION 
1.1 A Brief History of Electric Power Systems  1 
1.2 The Structure of the Power System  3 
1.3 
Outline of the Text  7 
Chapter 2 - BASICS OF ELECTRIC ENERGY SYSTEM THEORY 
2.1 
2.2 
2.3 
2.4 
2.5 
2.6 
2.7 
2.8 
2.9 
2.10 
2.1 
1 
2.12 
2.13 
2.14 
2.15 
2.16 
2.17 
~~ 
Introduction 
Concepts of Power in Alternating Current Systems 
Three-Phase Systems 
The Per Unit System 
Electromagnetism  and Electromechanical Energy 
Conversion 
Permeability and Magnetic Field Intensity 
Flux Linkages, Induced Voltages,  Inductance, and 
Energy 
Hysteresis Loop 
Eddy Current and Core Losses 
Energy Flow Approach 
Multiply Excited Systems 
Doubly Excited Systems 
Salient-Pole Machines 
Round or Smooth Air-Gap Machines 
Machine-Type Classification 
P-Pole Machines 
Power System Representation 
Problems  9 
9 
15 
25 
28 
31 
34 
36 
38 
40 
44 
46 
47 
50 
52 
55 
59 
59 
Chapter 3 - POWER GENERATION AND THE SYNCHRONOUS 
MACHINE 
3.1 Introduction  69 
3.2 
The Synchronous Machine:  Preliminaries  69 
3.3 
Synchronous Machine Fields  72 
3.4 
A Simple Equivalent Circuit  74 
3.5 
Principal Steady-State Characteristics  77 
3.6 
Power-Angle Characteristics and the Infinite Bus 
Concept 
79 
3.7 
Accounting for Saliency  86 
3.8 
Salient-Pole Machine Power Angle Characteristics 91 
Problems  93 
Chapter 4 - THE TRANSFORMER 
4.1 Introduction  99 
4.2 
General Theory of Transformer  Operation  99 
V 

12. vi  Introduction to Electrical Power Systems 
4.3 Transformer Connections 
Problems  113 
123 
Chapter 5 - ELECTRIC POWER TRANSMISSION 
5.1 Introduction  129 
5.2 
Electric Transmission  Line Parameters  129 
5.3 
Line Inductance  13 1 
5.4 Line Capacitance  149 
5.5 
Two-Port Networks  165 
5.6 
Transmission Line Models  167 
Problems  183 
Chapter 6 - INDUCTION AND FRACTIONAL HORSEPOWER 
MOTORS 
6.1 Introduction 
6.2 Three-Phase Induction Motors 
6.3 Torque Relations 
6.4 Classification of Induction Motors 
6.5 
6.6 
6.7 
Power and Torque Relations 
6.8 Starting Single-Phase  Induction Motors 
6.9 Single-Phase Induction Motor Types 
Rotating Magnetic Fields in Single-Phase Induction 
Motors 
Equivalent Circuits for Single-Phase Induction 
Motors 
Problems 
191 
191 
199 
204 
205 
210 
216 
222 
224 
23 
1 
Chapter 7 - FAULTS AND PROTECTION  OF ELECTRIC ENERGY 
SYSTEMS 
7.1 
7.2 
7.3 
7.4 
7.5 
7.6 
7.7 
7.8 
7.9 
7.10 
7.1 1 
7.12 
7.13 
7.14 Introduction 
Transients during a Balanced Fault 
The Method of Symmetrical Components 
Sequence Networks 
Line-to-Ground Fault 
Double Line-to-Ground  Fault 
Line-to-Line  Fault 
The Balanced Three-Phase Fault 
System Protection, An Introduction 
Protective  Relays 
Transformer Protection 
Transmission Line Protection 
Impedance-Based  Protection  Principles 
Computer Relaying 
Problems 
Chapter 8 - THE ENERGY CONTROL CENTER 
8.1 Introduction 
8.2 Overview of  EMS Functions 
237 
23 
8 
240 
245 
26 
1 
264 
268 
27 
1 
272 
273 
276 
282 
289 
297 
299 
305 
307 

13. Contents  vii 
8.3 
8.4 
8.5 
8.6 
8.7 
8.8 
8.9 
8.10 Power Flow Control 
Power Flow 
Stability Considerations 
Power System State Estimation 
Power System Security 
Contingency  Analysis 
Optimal  Preventive and Corrective Actions 
Dynamic Security Analysis  315 
319 
332 
340 
344 
349 
3 54 
36 
1 
Chapter 9 -THE PRESENT  AND FUTURE OF ELECTRIC ENERGY 
9.1 Introduction  367 
9.2 
Challenges Facing the System  367 
9.3 
Blackouts and their Impact  371 
SYSTEMS 
9.4 Mitigating and Coping  379 
REFERENCES  385 
INDEX  391 

14. PREFACE 
This book  is written  primarily as an  introduction to the  basics  of 
electrical power systems. It is intended as a general introduction to the area for 
students in all engineering disciplines, as well as being useful as a reference and 
self-study guide for those professionals who wish to have a succinct introduction 
to this important area.  The coverage of the book is designed to allow its use in a 
number of ways including service courses taught to non-electrical  majors.  The 
organization and details of the material in this book enables maximum flexibility 
for  the  instructor to select topics  to include in  courses within  the  modem 
engineering curriculum. 
The book does not  assume a level of mathematical  sophistication 
beyond  that  acquired  through  completion  of  undergraduate  courses in basic 
physics  and  introductory  electric circuits.  Emphasis  is placed on providing an 
improved  appreciation of the  operational  characteristics  of  the  electrical 
apparatus discussed, 
on the basis of linear mathematical models.  Almost every 
key concept is illustrated through the use of in-text examples that are worked out 
in detail to enforce the reader’s understanding. The text coverage includes some 
usage  of MATLABTM to solve  fundamental  problems of evaluating  basic 
performance characteristics to assist in understanding power system devices. 
The first chapter in this book offers a historical perspective on the 
t are 
development  of electric power  systems.  While this topic is not an integral part 
of  conventional  coverage in texts and courses in this area, this chapter  should 
provide  interesting insights into the influence of these developments on present 
day  civilization.  It  is  through an appreciation  of  the  past  developments  and 
achievements that  we  can  understand  our present  and  forge  ahead  with  future 
advances. 
Much of the material in Chapters 
2 to 7 is  derived  from  the more 
detailed expose’  found in my earlier book  on “Electrical Power  System Design 
and Analysis. The present treatment deals with fimdamental topics to be covered 
in introductory courses in electric power systems.  Emphasis is given to practical 
aspects such as the main performance  characteristics of the apparatus discussed 
and system applications. 
In Chapter 
2, a review  of  fundamentals of electric  circuits  that  are 
necessary for the studies  to follow.  Chapter 
3 discusses  the  basics  of 
synchronous  machines for steady  state  operations. This is followed by 
treatments of the  transformer in Chapter 
4 and power transmission  lines in 
Chapter 
5. Unlike  the  coverage of the  more  detailed  “Electric Power  Systems: 
Design and Analysis,”  Chapter 
6 of  the  present  book deals with  Induction 
Motors both  polyphase and  single phase  machines. In addition,  Chapter 
7 
combines both fault analysis and protection. 
The importance of computer control in power system operations is 
highlighted in Chapter 
8 where we discuss the  structure and functions involved 
ix 

15. X  Introduction to Electrical Power Systems 
in a modern energy control  center. The chapter includes a brief introduction  to 
functions  performed in  the electric  energy  control  centre.  Naturally  some 
functions that  are  discussed in detail in “Electric Power Systems:  Design  and 
Analysis”  such as Power  Flow,  Stability,  optimal  operation of power  systems, 
are discussed briefly in this chapter. 
Chapter 
9 is new  to this book,  and offers  a brief  discussion of the 
Present and Future 
of Electric  Energy Systems.  Of specific  interest is a 
discussion of the challenges facing the system designer and operator in view 
of 
blackout events that took place during the first decade of the 2lSt Century. 
I have attempted to make this book as self-containing as possible.  As a 
result,  the  reader  will  find  that  many  background  topics  such as the  per  unit 
system and three-phase circuits are included in the text’s main body as opposed 
to the recent trend toward including many appendices dealing with these topics. 
In studying and teaching electrical power systems it has been my experience that 
a problem solving approach is most effective in exploring this rich area. 
A textbook such as this  could  not  have  been  written  without  the 
continuing input of the many students who have gone through many versions of 
its  material as it was  developed. 
I wish to thank  the  members of the many 
classes to whom I  was privileged  to  teach  this  fascinating  subject. 
I wish to 
acknowledge the able work of Elizabeth  Sanford  of  Dalhousie  University in 
putting this manuscript in a better form than I was able to produce. 
As has always  been  the  case,  the  patience  and  understanding  of my 
wife,  Dr.  Ferial El-Hawary, made this project  another joy to  look forward to 
completing. It goes without saying that  the  younger  generation of our family 
deserves a greater share of my appreciation for their continuous understanding. 
MOHAMED E. EL-HAWARY 
Halifax, Nova Scotia 
May 1,2008 

16. Chapter 1 
INTRODUCTION 
This chapter has three  objectives. We first offer a brief perspective on 
the development of electric power systems. This is not intended to be a detailed 
historical  review,  but  rather it uses  historical  landmarks as a  background to 
highlight the features and structure  of  the  modern power systems,  which  are 
discussed in Section 
1.2. The chapter concludes with an outline of the book. 
1.1 A BRIEF HISTORY OF ELECTRIC POWER SYSTEMS 
The electric power industry shapes and contributes to the welfare, 
progress, and technological  advances  of  humanity. The growth of electric 
energy  consumption in the  world has been phenomenal. In the  United  States, 
for  example,  electric  energy  sales have grown  to  well over 
400 times in the 
period between  the turn of the  century and the  early 
1970s. This  growth  rate 
was 
50 times as much as the growth  rate in all other  energy  forms used during 
the same period. The installed kW capacity per capita in the 
U.S. is estimated to 
be close to 
3 kW. 
Edison Electric  Illuminating  Company  of  New  York  inaugurated  the 
Pearl Street  Station in 
188 1. The station had  a capacity of four  250-hp boilers 
supplying  steam to six engine-dynamo  sets.  Edison’s  system  used  a 
110-V dc 
underground  distribution  network  with  copper  conductors  insulated  with 
a jute 
wrapping. In 
1882, the  first  water  wheel-driven  generator was installed in 
Appleton,  Wisconsin. The 
low voltage ofthe circuits limited the service area of 
a  central  station, and consequently,  central  stations  proliferated  throughout 
metropolitan  areas. 
The invention  of the transformer,  then  known as the “inductorium,” 
made ac systems possible. The first practical ac distribution  system in the 
U.S. 
was  installed by W.  Stanley  at  Great  Barrington,  Massachusetts, in  1866 for 
Westinghouse, who acquired the American  rights  to the transformer from  its 
British inventors  Gaulard  and Gibbs. Early ac distribution  utilized 
1000-V 
overhead lines. The Nikola  Tesla  invention  of the induction  motor  in 1888 
helped replace dc motors and hastened the advance in use of ac systems. 
The first  American  single-phase ac system was installed in Oregon in 
1889. Southern California Edison Company established the first three phase  2.3 
kV system in  1893. 
By 1895, Philadelphia  had  about  twenty  electric companies with 
distribution  systems  operating at 100-V and 
500-V two-wire dc and  220-V 
three-wire dc, single-phase,  two-phase,  and three-phase ac,  with frequencies of 
60, 66, 125,  and 133 cycles per  second, and feeders  at 1000- 1200 V and 2000- 
2400 
V. 
Introduction to Electrical Power Engineering.  By Mohamed E. El-Hawary 
Copyright 
0 2008 The Institute of Electrical  and Electronics Engineers,  Inc. 
1 

17. 2  Introduction to Electrical Power Systems 
The subsequent  consolidation of electric companies  enables  the 
realization of economies of scale in generating  facilities,  the  introduction of 
equipment  standardization,  and the utilization  of  the load diversity  between 
areas. Generating unit sizes of up to 1300 MW  are in service, an era that  was 
started by the  1973 Cumberland  Station of the Tennessee Valley Authority. 
Underground  distribution at voltages up to 5 kV was made possible by 
the development 
of rubber-base  insulated cables and  paper-insulated, lead- 
covered cables in the early  1900s. Since then, higher distribution voltages have 
been  necessitated by load  growth  that  would  otherwise  overload  low-voltage 
circuits  and by the requirement to transmit  large  blocks of power  over great 
distances. Common distribution  voltages  presently  are in 5-, 15-, 25-, 35-, and 
69-kV voltage classes. 
The growth in size 
of power plants and in the higher voltage equipment 
was  accompanied by interconnections of the generating  facilities.  These 
interconnections  decreased  the  probability 
of service  interruptions, made the 
utilization of the most economical  units possible,  and decreased the total reserve 
capacity required 
to meet equipment-forced  outages.  This was accompanied by 
use of sophisticated analysis tools such as the network analyzer.  Central control 
of the  interconnected  systems was introduced  for  reasons  of  economy  and 
safety. The advent  of the  load dispatcher  heralded  the  dawn of power systems 
engineering,  an  exciting area that  strives to provide the best system to meet the 
load requirements  reliably,  safely,  and  economically,  utilizing  state-of-the-art 
computer facilities. 
Extra higher voltage  (EHV)  has  become  dominant in electric  power 
transmission over great  distances. By 1896, an 
1 I-kv three-phase  line was 
transmitting 
10 MW from Niagara Falls  to Buffalo over a distance of 20 miles. 
Today, transmission  voltages of 230 kV, 287 kV, 345 kV, 500 kV, 735 kV, and 
765 kV are commonplace,  with  the first 1100-kV line already  energized in the 
early  1990s. The trend is motivated by economy  of scale due to the  higher 
transmission  capacities  possible,  more  efficient  use  of right-of-way, lower 
transmission  losses, and reduced environmental impact. 
In 1954, the Swedish State Power Board energized the 60-mile, 100-kV 
dc submarine cable utilizing 
U. Lamm’s Mercury Arc valves at the sending and 
receiving ends of  the  world’s  first  high-voltage  direct  current (HVDC) link 
connecting the Baltic island of Gotland  and the  Swedish  mainland.  Currently, 
numerous  installations  with  voltages up to 800-kV dc are in operation  around 
the world. 
In North America,  the majority of electricity generation is produced by 
investor-owned  utilities with a certain portion done by federally and provincially 
(in Canada) owned entities. In the United States, the Federal Energy Regulatory 
Commission (FERC) regulates the wholesale pricing of electricity and terms and 
conditions of service. 

18. Introduction  3 
The North  American transmission  system is interconnected  into a large 
power grid known  as the North American  Power Systems Interconnection. The 
grid is divided  into  several  pools. The pools  consist of several  neighboring 
utilities which operate jointly to schedule generation in a cost-effective  manner. 
A  privately  regulated  organization  called the  North American  Electric 
Reliability Council (NERC) is responsible  for maintaining  system standards and 
reliability. NERC  works cooperatively with every  provider  and  distributor of 
power to ensure reliability. NERC coordinates its efforts with FERC as well as 
other organizations such 
as the Edison Electric Institute (EEI). NERC currently 
has  four distinct  electrically  separated  areas. These  areas  are the  Electric 
Reliability Council of Texas (ERCOT),  the  Western  States  Coordination 
Council  (WSCC), the Eastern Interconnect,  which  includes  all  the  states  and 
provinces of Canada east  of  the  Rocky  Mountains  (excluding  Texas), and 
Hydro-Quebec. These electrically  separate areas exchange with each other but 
are not synchronized  electrically. 
The electric power industry in the  United  States has undergone 
fundamental changes since the  deregulation  of the telecommunication, gas, and 
other  industries. The generation  business is  rapidly becoming  market-driven. 
The power industry  was  characterized by larger, vertically  integrated  entities. 
The advent of open transmission  access  has  resulted in wholesale  and retail 
markets. Utilities  may be divided into power generation, transmission,  and retail 
segments. Generating  companies  (GENCO) sell  directly to an  independent 
system operator 
(ISO). The IS0 is responsible  for the operation  of the grid and 
matching demand and generation  dealing with transmission  companies as well 
(TRANSCO). This  scenario is not  the  only  possibility, as the power industry 
continues to evolve to create  a  more  competitive  environment  for  electricity 
markets to promote greater  efficiency. The industry now  faces new  challenges 
and problems associated  with the interaction of power system  entities in their 
efforts to make crucial  technical  decisions  while  striving to achieve the  highest 
level of human welfare. 
7.2 
THE STRUCTURE  OF THE POWER SYSTEM 
An interconnected  power  system is a complex enterprise  that may  be 
0 Generation  Subsystem 
0 Transmission  and Subtransmission Subsystem 
0 Distribution Subsystem 
0 Utilization Subsystem 
subdivided  into the following major subsystems: 
Generation Subsystem 
This includes generators and transformers. 
Generators - An  essential  component of power systems  is the three- 
phase ac generator known as synchronous  generator or alternator. Synchronous 

19. 4  Introduction to Electrical Power Systems 
generators have two synchronously  rotating fields: One field is produced by the 
rotor driven  at synchronous speed and excited by dc current. The other field is 
produced in the  stator  windings by the  three-phase  armature  currents. The dc 
current  for the  rotor  windings is provided by excitation  systems. In the older 
units,  the  exciters  are  dc  generators  mounted  on the  same shaft,  providing 
excitation  through slip rings.  Current systems use ac generators with rotating 
rectifiers,  known as 
brushless excitation  systems. The excitation  system 
maintains generator voltage and controls the reactive power flow.  Because they 
lack the  commutator, ac generators can generate high power  at  high  voltage, 
typically 
30 kV. 
The source of  the  mechanical  power,  commonly  known as the  prime 
mover, may  be hydraulic turbines,  steam turbines whose energy comes from the 
burning of coal, gas and  nuclear  fuel, gas turbines, or occasionally  internal 
combustion engines burning oil. 
Steam turbines operate at relatively high speeds of 
3600 or 1800 rpm. 
The generators to which  they  are  coupled are cylindrical  rotor,  two-pole  for 
3600 rpm, or four-pole  for 1800 rpm operation.  Hydraulic turbines, particularly 
those operating with a low pressure,  operate at low speed.  Their generators  are 
usually a  salient  type  rotor with  many poles. In a power station,  several 
generators  are operated in parallel in the power grid to provide the total  power 
needed.  They are connected at a common point called a 
bus. 
With concerns for the  environment  and  conservation of fossil  fuels, 
many  alternate sources are  considered  for  employing  the  untapped  energy 
sources of the sun and the earth for generation of power. Some alternate sources 
used are solar power, geothermal power, wind power, tidal power, and biomass. 
Transformers - The transformer  transfers  power  with very high 
efficiency from one level of voltage  to  another. The power  transferred to the 
secondary is almost  the same as the primary,  except  for  losses 
in the 
transformer.  Using  a  step-up  transformer  will  reduce  losses in the line, which 
makes the transmission  of power over long distances possible. 
Insulation requirements  and  other practical design  problems limit the 
generated voltage to low values, usually 
30 kV.  Thus, step-up transformers  are 
used  for transmission of power. At the receiving  end of the transmission  lines 
step-down  transformers  are  used  to  reduce the voltage to suitable  values  for 
distribution or utilization. The electricity in an electric power system may 
undergo four or five transformations  between generator and consumers. 
Transmission and Subtransmission Subsystem 
An overhead  transmission  network  transfers  electric  power from 
generating units to the  distribution  system  which ultimately supplies  the  load. 
Transmission lines also interconnect  neighboring  utilities  which  allow  the 
economic  dispatch  of power within regions during normal  conditions,  and the 

20. Introduction  5 
transfer of power between regions during emergencies. 
Standard  transmission  voltages  are  established in the  United  States by the 
American  National  Standards  Institute  (ANSI).  Transmission  voltage  lines 
operating at more than 60 kV are standardized at 69 kV, 115 kV, 138 kV, 161 
kV, 230 kV, 345 kV, 500 kV, and 765 kV line-to-line. Transmission  voltages 
above 230 kV are usually referred to as extra-high voltage (EHV). 
High voltage transmission lines are terminated in substations, which are 
called 
high-voltage substations, receiving substations,  or primary  substations. 
The function  of some substations is switching  circuits in and  out of service; 
they are referred to  as switching stations. At the  primary  substations,  the 
voltage is stepped down to a value  more  suitable  for the  next  part of the  flow 
toward the load. Very  large industrial  customers may be served  directly from 
the transmission  system. 
The portion  of the transmission  system  that connects the high-voltage 
substations  through  step-down  transformers  to the distribution  substations is 
called  the  subtransmission  network.  There is no clear  distinction  between 
transmission and subtransmission  voltage levels.  Typically, the subtransmission 
voltage level ranges from 
69 to 138 kV.  Some large industrial customers may 
be served from the subtransmission  system.  Capacitor  banks  and reactor banks 
are  usually  installed in the substations for maintaining  the  transmission  line 
voltage. 
Distribution Subsystem 
The distribution  system  connects the distribution  substations  to the 
consumers’  service-entrance  equipment. The primary  distribution  lines  range 
from 4  to  34.5 kV  and supply the load in a  well-defined  geographical  area. 
Some small industrial customers are served directly by the primary feeders. 
The secondary  distribution  network  reduces  the  voltage for utilization 
by commercial and residential consumers.  Lines and cables not exceeding a few 
hundred  feet in length then  deliver power to the individual  consumers. The 
secondary  distribution  serves  most of the  customers at levels  of  240/120  V, 
single-phase,  three-wire; 208Yl120 V, three-phase,  four-wire;  or 480Y/277 V, 
three-phase,  four-wire. The  power for  a  typical  home is derived from a 
transformer that reduces the primary  feeder voltage to 240/120  V using 
a three- 
wire line. 
Distribution  systems  utilize both 
overhead and underground 
conductors. The growth of underground  distribution  has been extremely  rapid 
and as much as 70 percent  of new  residential  construction in North  America is 
via underground  systems. 

21. 6  Introduction to Electrical Power Systems 
Load Subsystems 
Power systems loads are divided  into industrial, commercial,  and 
residential. Industrial loads are  composite  loads, and induction  motors form 
a 
high proportion of these loads. These composite  loads are functions  of voltage 
and  frequency and form 
a major part of the system load. Commercial and 
residential  loads  consist largely of lighting, heating,  and cooking.  These  loads 
are independent of frequency and consume negligibly  small reactive power. 
The load varies  throughout the day, and power  must be available  to 
consumers on demand. The daily-load curve of  a utility is  a  composite  of 
demands made by various  classes of users. The greatest  value of load during a 
24-hr period is called the peak or 
maximum demand. To assess the usefulness of 
the generating  plant  the 
load factor is defined. The load factor is the  ratio  of 
average load over a designated period of time to the peak load occurring in that 
period. Load factors may be given for a day, a month, or a year. The yearly, or 
annual load factor is the most useful since a year represents a full cycle of time. 
The daily load factor is 
average load 
peak load 
Daily L.F.= 
Multiplying the numerator  and denominator of 
(1.1) by a time period of 24 hr, 
we obtain 
average load 
x 24 hr 
peak load 
x 24 hr 
energy consumed during 24 hr 
peak loadx 24 hr 
(1.2) 
- Daily L.F.=  - 
The annual load factor  is 
total annual energy 
peak load 
x 8760 hr 
Annual L.F. 
=  (1.3) 
Generally  there is diversity in the peak load between  different  classes 
of loads, which  improves the overall  system load factor. In order  for a power 
plant to operate  economically, it must have a high  system load factor.  Typical 
system load factors are in the range of 
55 to 70 percent.  Load-forecasting at all 
levels is an  important  function in the operation,  operational  planning,  and 
planning of an electric power system. Other devices and systems are required 
for the  satisfactory  operation  and  protection of a  power  system. Some of the 
protective devices directly connected to the circuits are called 
switchgear. They 
include instrument transformers,  circuit breakers,  disconnect switches, 
fuses and 
lightning arresters. These devices are necessary to deenergize  either for normal 
operation or on the occurrence of faults. The associated  control equipment  and 
protective relays are placed on 
switchboards in control houses. 
For  reliable and economical  operation of the  power system it is 

22. Introduction  7 
necessary to monitor the entire system in a so-called control center. The modem 
control center is called the 
energy control center (ECC). Energy control centers 
are equipped with  on-line computers performing all signal  processing  through 
the remote acquisition  system.  Computers  work in a  hierarchical  structure  to 
properly  coordinate  different  functional  requirements in normal as well as 
emergency  conditions. Every energy  control  center  contains  control consoles 
which  consist of a  visual  display unit (VDU),  keyboard,  and  light  pen. 
Computers may give alarms as advance warnings to the operators  (dispatchers) 
when  deviation from the normal state occurs. The dispatcher  makes  decisions 
and executes them  with the aid of a  computer.  Simulation  tools  and  software 
packages are  implemented  for  efficient  operation  and  reliable  control of the 
system. In addition,  SCADA,  an  acronym  for  “supervisory  control  and  data 
acquisition,”  systems are auxiliaries to the energy control center. 
1.3 OUTLINE OF THE TEXT 
Chapter 2 lays the foundations  for the development in the rest  of the 
book. The intention of the discussion offered here is to provide a brief review of 
fundamentals  including power concepts,  three-phase  systems,  principles  of 
electromagnetism, and electromechanical energy conversion. Chapter 
3 treats 
the  synchronous  machine from an  operational modeling point of view. 
Emphasis  here 
is on performance  characteristics of importance to the electric 
power specialist. Chapter 4 provides 
a comprehensive treatment of 
transformers. This 
is followed, in Chapter  5, by a brief  coverage of induction 
motors including the fractional horsepower  category. 
Chapter 
6 is concerned  with transmission  lines starting from parameter 
evaluation for different  circuit  and  conductor  configurations.  Various 
transmission  line performance modeling approaches are covered. 
Faults on electric energy systems are considered in Chapter 
7. Here we 
start with the transient phenomenon of a symmetrical short circuit, followed by a 
treatment of unbalanced and balanced  faults.  Realizing the crucial  part  that 
system  protection  plays in maintaining  service  integrity is the basis  for the 
remainder of this chapter. Here an introduction to this important area is given. 
Chapter 
8 is concerned  with  the Energy Control  Center, its structure, 
and role in the operation of a modern  power system. We outline the objectives 
and aims of many of the decision  support hnctions adopted in these significant 
“smarts” of the power system. In chapter 
9, we focus our attention on a number 
of technological  challenges that face power system planners and operators. The 
major  North East  blackout of 
8/14 in 2003 is  discussed along with possible 
mitigation  measures.  Wherever relevant, we introduce  MATLABTM scripts that 
allow the student to automate many of the computational  details. This feature 
is 
deemed important for this textbook’s coverage. 

23. Chapter 2 
BASICS OF ELECTRIC ENERGY SYSTEM THEORY 
2.1 INTRODUCTION 
This chapter lays the  groundwork for  the  study of electric  energy 
systems. We develop some basic  tools  involving  fundamental  concepts, 
definitions, and procedures. The chapter can be considered as simply 
a review of 
topics  utilized  throughout  this  work. We 
start by introducing  the  principal 
electrical quantities. 
2.2 
CONCEPTS  OF POWER IN ALTERNATING  CURRENT 
SYSTEMS 
Generally, the electric power systems specialist is more concerned with 
electric power in the circuit rather than the currents. The value of instantaneous 
power  flowing  into an element is the  product of voltage across  and current 
through it. It seems, then,  reasonable to exchange the current for power without 
losing  any  information. In treating  sinusoidal  steady-state  behavior of circuits, 
some  further  definitions  are  necessary. To illustrate  the  concepts,  we  use  a 
cosine representation of the waveforms. 
Consider the  impedance  element 
Z = ZL$J . For a  sinusoidal  voltage, 
V(t) given by 
v(t) = v,, cos wt 
The instantaneous current in the circuit is 
i(t) = I, cos(wt - @) 
Here 
The instantaneous power into the element is given by 
p(t) = v(t)i(t) = v,,I,,[cos(wt)cos(wt-@)] 
This reduces to 
p(t) =~[COS$J+COS(2~ 2  -#)I 
Introduction to Electrical  Power Engineering. By Mohamed E. El-Hawary 
Copyright 
Q 2008 The Institute of Electrical and Electronics Engineers,  Inc. 
9 

24. 10  Introduction to Electrical Power Systems 
Since the  average of cos  (2un  - Q) is zero, through 1 cycle,  this term therefore 
contributes nothing to the average ofp, and the average powerp,, is given by 
pav = -cosQ v,, I, 
2 
Using the effective (rms) values of voltage and current and substituting 
V,, = &(V,,) , and I,, = &(Ims), we get 
The power entering  any  network is the  product  of  the  effective  values of 
terminal voltage and current and the cosine of the phase angle 
Q, which is, called 
the 
power factor (PF). This  applies to sinusoidal  voltages  and  currents  only. 
When reactance  and  resistance  are  present,  a  component  of  the  current in the 
circuit is engaged in conveying  the  energy  that is periodically  stored in and 
discharged  from the reactance. This stored energy, being shuttled to and  from 
the magnetic field of an inductance or the electric field of a capacitance, adds 
to 
the current in the circuit but does not add to the average power. 
The value of the  average  power  consumed in a circuit is called 
active 
power, 
and  the  power  that  supplies  the  stored  energy in reactive  elements is 
called 
reactive power.  Active power is  P, and the reactive power, designated Q, 
are thus* 
P=VIcosQ 
(2.3) 
Q= VIsin4  (2.4) 
In both equations,  V and I are rms values of terminal  voltage and current, and  Q 
is the phase angle by which the current lags the voltage. 
To emphasize that the 
Q represents the nonactive power, it is measured 
in reactive voltampere units (var). 
* 
If we write the instantaneous power as 
p(t) = Vn,,,I,,[cosQ(1+cos2ur)]+ VmsIms sinQsin2wt 
then it  is seen that 
p(t) = P(1+ cos 2uf) + Qsin 2wt 
Thus 
P and Q are the average power and the amplitude of the pulsating power, 
respectively. 

25. Basics of Electric Energy System Theory  11 
Figure 2.1 shows the time variation  of the various variables discussed. 
Assume  that 
V, V cosq, and  V sin@ all  shown in Figure  2.2, are each 
multiplied by 
I, the rms values of current. When the  components  of voltage 
VcosQ and Vsinq are multiplied by current, they become 
P and Q, respectively. 
Similarly, if 
I, Ices@, and Isin@ are each multiplied by V, they become Vl,  P, and 
Q, respectively.  This defines a power triangle. 
We now  define  a  quantity  called  the 
complex or apparent power, 
designated S, of which P and Q are components. By definition, 
s = P+jQ 
= Vl(cos 4 + j sin 4) 
Using Euler’s identity, we thus have 
or 
It is clear that an equivalent definition 
of complex or apparent power is 
s = VI*  (2.5) 
We  can write the complex power in  two alternative forms by using  the 
relationships 
v = ZI  and  I=YV 
This leads to 
or 
2 
s = VY*V* = Y*IVI  (2.7) 
Consider the series circuit shown  in Figure 2.3. The applied voltage to 
the overall arrangement is equal to the sum 
of the voltage drops: 
v =I(Z,+Z2+ ...+ Z,) 

26. Other documents randomly have
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27. Intanto era, il dì 8 di agosto, caduta Gaeta, e con essa tutto il
regno tornò sotto il dominio dell'antico signore, il quale, sbarcato già
a Baia il dì 5 di giugno, fece in appresso il trionfale suo ingresso nella
esultante Napoli.
Ceduta nel congresso di Vienna l'isola dell'Elba al granduca di
Toscana, le armi sue costrinsero alla resa la fortezza di Portoferraio,
che ancor si teneva, e quindi dell'intera isola presero possessione il
dì 6 di settembre.
Napoleone, partito per l'isola di Sant'Elena il 26 luglio, vi giunse
nel dì 13 ottobre seguente.

28.   
Anno di
Cristo mdcccxvi . Indizione iv.
Pio VII papa 17.
Francesco I imperad. d'Austria
11.
Due soli avvenimenti meritano di essere notati nel presente anno.
Francesco d'Austria venne nei primi mesi a visitare il nuovo suo
regno d'Italia, che aveva assunto il nome di Lombardo-Veneto per
conoscere da sè i bisogni dei popoli, cui voleva ammessi a godere
dei frutti d'una saggia amministrazione. All'ordine della Corona di
ferro, già instituito sotto il precedente regno, diede l'Augusto
imperatore nuovi statuti, fissando il numero dei cavalieri a cento;
cioè venti della prima, trenta della seconda e cinquanta della terza
classe, in tal numero non compresi i principi della casa imperiale.
L'altro fatto degno di ricordanza si è la restituzione alle italiane
città tutte degli oggetti d'arti e di scienze stati loro in varii tempi
rapiti. I trattati ultimi di Parigi avevano obbligata la Francia a
restituire una preda che senza il più grave insulto alla proprietà ed
all'onor nazionale, non dovea essere fatta all'Italia. Roma, Firenze,
Bologna, Venezia, Torino ebbero più delle altre a rallegrarsi dell'aver
ricuperato un numero prodigioso di produzioni dell'ingegno de' loro
figli, che le rendono superiori per questo conto a qualunque più ricca
città del mondo.

30.   
Anno di
Cristo mdcccxvii . Indizione v.
Pio VII papa 18.
Francesco I imperad. d'Austria
12.
In mancanza di verun avvenimento politico da registrarsi in
quest'anno, diremo la morte del celebre medico Eusebio Giacinto
Valli di Toscana. La passione di più sapere e di rendersi utile
all'umanità aveva indotto quest'uomo singolare a disastrosi viaggi
per le quattro parti del mondo. Fatte in Egitto e a Costantinopoli
varie sperienze sopra sè stesso relativamente al veleno pestilenziale,
recossi all'Avana, ove infieriva la febbre gialla. Quivi, presa la camicia
di un marinaio morto di tal malore, se ne stropicciò il volto, il petto,
le mani, le braccia e le coscie, fiutandola indi come un fiore, e
finalmente ponendosi a contatto del cadavere. Era molto contento
della sua sperienza. A mensa si sentì spossato, per aver corso,
diceva. Chiese del vino, mezzo, secondo lui, per conoscere se avesse
acquistato la malattia. Manifestossi in fatti, e in tre giorni lo spense.

31.   
Anno di
Cristo mdcccxviii . Indiz. vi.
Pio VII papa 19.
Francesco I imperad. d'Austria
13.
Un trattato, stipulato a Parigi, nel decorso anno, precisamente il
dì 10 giugno, fra le corti d'Austria, di Spagna, di Francia, della Gran
Bretagna, di Prussia e di Russia, e pubblicato nell'anno presente,
stabilisce i futuri destini dei ducati di Parma, Piacenza e Guastalla,
che alla morte dell'arciduchessa Maria Luigia, passeranno in tutta
sovranità all'infante di Spagna Maria Luisa, e sua discendenza
mascolina.

32.   
Anno di
Cristo mdcccxix . Indiz. vii.
Pio VII papa 20.
Francesco I imperad. d'Austria
14.
In mezzo alla profonda pace onde fruiva in quest'anno l'Europa,
altro avvenimento non ne occorre da notare fuor quello che
l'imperatore Francesco di Austria con la consorte e la figlia si recò a
Milano e quivi unitosi all'altra figliuola Maria Luigia, passò nella
Toscana, dove con grandiose feste lietamente lo accolse il suo
fratello granduca.

33.   
Anno di
Cristo mdcccxx . Indiz. viii.
Pio VII papa 21.
Francesco I imperad. d'Austria
15.
In molte contrade dell'Europa non lievi sciagure cagionò lo spirito
esaltato dei popoli. Ogni angolo ne fu commosso, e pe' due anni
successivi rimase turbata l'universale tranquillità. Nel dì primo
gennaio fu dato il segnale d'allarme in Cadice, dove la forza armata
promulgò la antica costituzione delle Cortes, mentre nello stesso
giorno il fatto medesimo si avverava nell'isola di Cuba. In poco
tempo l'incendio si apprese a tutta la Spagna, sicchè la costituzione
fu nel dì 10 marzo pubblicata in nome del re anche in Madrid. Grave
reazione ne venne per parte dei così detti assolutisti; e ad egual
sorte soggiacque il Portogallo che avea imitato l'esempio della
nazione vicina.
Ma in un'altra estremità d'Europa manifestossi col massimo calore
il genio costituzionale: nel regno di Napoli. La notte del primo al 2
del mese di luglio, la maggior parte del reggimento di cavalleria
Reale Borbone, di presidio a Nola, abbandonate le stanze, inalberò
una bandiera tricolore su cui leggevasi scritto: Viva la costituzione.
Imitarono il fatto le provincie vicine, non tanto per parte delle truppe
regolari, quanto delle milizie. Giunte di ciò le nuove a Napoli, furono
subito spediti in varie direzioni corpi di truppe capitanate dai generali

34. Carascosa e Nunziante; ma intanto molte squadre di paesani, armati
in varie guise, eransi alleate coi costituzionali, e le stesse truppe
reali, unitesi alle altre, eressero nuovo vessillo col moto: Viva il re,
viva la costituzione, e coi tre colori adottati dalla setta dei carbonari.
Manifestandosi in appresso disposizioni consimili anche in altri
reggimenti, il re Ferdinando stimò prudenza il pubblicare, nel dì 6,
una grida, diretta agli abitanti del regno delle Due Sicilie, nella quale
annunziava, sarebbesi sollecitamente pubblicate le basi della nuova
costituzione. Trionfo tale fu preludio di colpo più decisivo:
pubblicarono la costituzione spagnuola, alla quale, nel giorno 13
prestò giuramento il re, unitamente al duca di Calabria, vicario
generale ed erede della corona, al principe di Salerno, alla giunta
provvisionale, ai ministri, ai pubblici impiegati ed alle truppe.
Dichiarata legge dello Stato, parve che l'espediente avesse reso la
calma a quella parte meridionale dell'Italia. Già sino dal giorno 7
avea Ferdinando, atteso lo stato di sua salute, eletto a suo vicario
generale il principe ereditario, il quale, assuntosi il carico, scese ad
appagare i voti della nazione, confermando la costituzione di
Spagna, salvo le modificazioni che la rappresentanza nazionale
avesse trovato d'introdurre per adattarla alle circostanze locali.
Le faville dell'incendio propagavansi in Sicilia, la quale mirava a
svincolarsi dalla soggezione a Napoli. Pertanto, il 16 di luglio, gli
ammutinati in Palermo, commessi molti disordini, s'impadronirono
dell'arsenale, armandosi quindi in massa. Ne sorse una mischia
sanguinosa colle truppe del presidio composto di quattro in cinque
mila soldati. Ma nel giorno seguente, facendo i campagnuoli causa
comune co' Palermitani, i regi rimasero vinti, mentre dalle finestre i
cittadini gli opprimevano, gettando loro addosso olio ed acqua
bollente, pietre, e qualunque cosa lor giungesse alle mani. Quattro
mila vittime caddero in questo fatto, per imperizia e imprevidenza
del luogotenente generale Naselli. Molti edifizii, in ispecie gli archivi e
le carceri, furono preda delle fiamme. Naselli si salvò sulla reale
feluca il Tartaro, di dove elesse una giunta provvisionale ad essa, con
una grida del 17 luglio, commettendo il governo dell'isola.

35. Come pervenne la molesta notizia a Napoli, il duca di Calabria,
nella sua qualità di vicario generale del regno, imprese con gli scritti
e con l'armi a sedare la insurrezione, mandando in Sicilia il generale
Florestano Pepe, al quale, dopo grave e micidiale combattere, riuscì,
giovato dal potere del principe di Paternò sul cuore del popolo
palermitano, a stabilire, nel dì 5 ottobre, che le truppe napolitane
occupassero i forti, ed il dì 6 prendessero posto al Molo ed intorno
alla città. Contuttociò il popolo di Palermo spiegava la sua
inquietudine e l'odio contro gli occupatori. Il generale in capo,
d'accordo con la giunta, potè a poco a poco ridurre tutti i male
intenzionati al dovere, e avendo riconosciuto essere la popolare
sommossa stata tutta prodotta da non pochi oligarchi, che il
napolitano freno disdegnavano, procedette a disarmare i meno
inquieti, ad arrestare i facinorosi, e quindi a costringere i più fervidi
che, trovandosi isolati, si consigliarono a deporre le armi; e con tal
modo fu resa la pace all'isola che per molto tempo rammenterà
questa breve sì, ma funestissima insurrezione.
Contemporaneamente anche i Beneventani si ardirono di seguire
l'esempio dei confinanti: ma il governo di Napoli ordinò
espressamente ai popoli tutti di non prestare aiuto nè diretto nè
indiretto a quella popolazione, non volendo dare motivo di doglianze
alla Santa Sede, in cui potestà era Benevento tornata.
Il parlamento di Napoli in questo mentre teneva sue sessioni, e
spendeva il tempo a cambiare i nomi alle provincie del regno, quelli
volendo repristinare che portavano i loro abitatori al tempo della
repubblica romana. Non pensavano che le principali potenze non
avrebbero permesso che si dicesse che una nazione in Italia avea
imposto al suo re una costituzione. Infatti, congregatosi a Tropau un
congresso di ministri, ivi giunsero, nei primi giorni di novembre,
gl'imperadori d'Austria e di Russia ed il re di Prussia per meglio
discutere le cose di Napoli. L'imperadore Francesco d'Austria scrisse
al re di Napoli, sul finire del mese stesso, una lettera, con la quale
non solo gli dava contezza che il congresso si sarebbe trasferito a
Lubiana, ma lo invitava, a nome ancora degli altri potenti ed illustri

36. suoi alleati, e recarvisi in persona, per trattare degl'interessi più cari
del suo regno.
Partì di Napoli il re il 13 di dicembre sul vascello inglese il
Vendicatore, e giunse a Lubiana il 14 del successivo gennaio, avendo
già manifestato, con sue lettere da Livorno, ai sovrani riuniti in
congresso ed a quei di Francia ed Inghilterra i proprii sentimenti
sopra gli avvenimenti del napolitano regno.
È notabile il presente anno per l'eccessivo freddo che al suo
terminare regnò in tutta Europa; e più ancora per la morte di Giorgio
III, re d'Inghilterra, accaduta il dì 30 gennaio, e per l'assassinio del
duca di Berry commesso la notte del 13 al 14 febbraio dal sellaio
Luigi Pietro Louvel.

37.   
Anno di
Cristo mdcccxxi . Indizione ix.
Pio VII papa 22.
Francesco I imperad. d'Austria
16.
Quantunque numerose forze fossero dalla Germania calate in
Italia per essere pronte ad eseguire quanto sarebbesi dai sovrani
accolti in congresso a Lubiana risoluto, s'accrebbero nella penisola le
turbolenze. Decretavasi nella lubianese adunanza, numerosissima,
poichè, oltre ai monarchi già ricordati, tutti i principi d'Italia vi si
fecero rappresentare ed il duca di Modena vi assistette in persona, di
porre un termine al germe costituzionale di Napoli, per togliere agli
altri popoli l'esempio di costringere i sovrani a pattuire con essi. Ma il
governo di quella meridional parte d'Italia, preseduto dal principe
ereditario e vicario generale del re, poneasi in istato di difesa, e
minacciava di resistere a qualunque forza straniera che si fosse
presentata per distruggere l'opera che da essi medesimi si fondava
sopra non troppo solide basi, giacchè nulla di giovevole alla nazione
vi faceva quel partenopeo parlamento.
Fatte intanto palesi le risoluzioni delle potenze alleate, numeroso
esercito austriaco varcava il Po, e per varie strade si dirigeva alla
volta di Napoli, sotto il comando del feld-maresciallo Frimont. Con
grande circospezione marciavano le falangi, mentre una sorda voce
annunziava che, appena avessero attaccato i Napolitani, una

38. pressochè generale sollevazione in Italia, e specialmente negli Stati
papali e nel Piemonte, le avrebbe condotte a certa rovina. Il
generale Frimont, con suo manifesto dotato da Padova, fece
conoscere per tutto ove passava quali fosser le mire della sua
spedizione. Una lettera del re di Napoli, diretta a suo figlio reggente
del regno, e fatta pubblica, avvisò i Napolitani del quanto avessero a
temere, se non si rimettevano ciecamente nelle braccia del loro
monarca, arrendendosi alle forze tedesche. In una dichiarazione
mandata fuori da Lubiana, e resa pubblica in tutti i possibili modi,
eransi espressi gli alleati sovrani che «se, contro ogni calcolo ed a
grave rammarico dei monarchi alleati, questa bene intenzionata
impresa, lontana da qualunque mira ostile, avesse a degenerare in
una guerra formale, o la resistenza d'una implacabile fazione e delle
compassionevoli vittime della sua frenesia venisse prolungata per un
tempo indeterminato, allora sua maestà l'imperadore di Russia,
inalterabilmente fedele a' suoi alti principii, alla sua intima
convinzione della necessità di reprimere male sì grande, fedele a
que' nobili e costanti sentimenti di amicizia di cui ha dato
nuovamente tante inestimabili ripruove, associerà i suoi combattenti
a quelli dell'Austria.»
O fosse il timore di vedersi piombare addosso la mole armata de'
due imperii, o che l'editto del re Ferdinando e le grida del generale
austriaco, che avevano già circolato pel regno, avessero diviso gli
animi e tolto il coraggio, o qual si voglia altra causa, forse propria
dall'incostante carattere di quella popolazione, che sel facesse,
piccola fu la resistenza che nel giorno 7 di marzo e ne' tre successivi
presentarono le truppe napolitane comandate dal generale
Guglielmo Pepe, meno ancor delle milizie, le quali, sole pugnarono;
ma, vedutesi abbandonate dai soldati stanziali, si dettero a
vergognosa fuga. In quei tre giorni gli Austriaci superarono le gole
d'Antrodoco, si resero padroni degli Abbruzzi e della strada che
dall'Aquila conduce a Sulmona, e quindi a Napoli. Inoperoso era
stato il general Carascosa, mentre la destra dell'esercito era alle
prese con gl'imperiali; laonde la truppa più disciplinata, più
agguerrita, e quella che chiamavasi scelta, tutta sotto gli ordini di lui,

39. nemmeno si mosse dalle sue stanze. Adunatosi, alla novella di tali
fatti, il parlamento nel giorno 12, si deliberò a pregare il duca di
Calabria, vicario generale del regno, di spedire un messaggio al re,
per presentare in suo nome, un atto di rispetto e di sommissione al
monarca. Infatti, fu a tanto uffizio mandato il generale Fardella a
Firenze, ove sino dal 9 marzo era giunto da Lubiana il re Ferdinando.
Era Ferdinando a fatto di quanto accadeva, ed avea avuto notizia
e dei progressi degli Austriaci e della seguita occupazione di Capua.
Accolto pertanto il generale Fardella, lo rispediva a Napoli con sue
lettere al principe reggente, nelle quali rimproverava gli autori della
resistenza e della violazione del territorio papale, dov'eransi dalle
truppe del generale Pepe cominciate le ostilità. Ma mentre giungeva,
era il 24 marzo, l'esercito austriaco entrava per convenzione in
Napoli, e metteasi in possesso di tutti i forti. Fu il principe di Salerno
che volò a recare la felice novella al re suo padre, il quale già aveva
antecipatamente chiamato un governo provvisionale che sino a
nuova sua disposizione assumesse la cura delle cose del regno. Così
restò sciolto il parlamento, incarcerati tutti i membri che lo
componevano. Un editto fulminante pubblicava in Napoli contro i
settarii, a nome del re, il marchese di Circello, presidente del
provvisional governo, col quale, innumerevoli essendo i proscritti,
molti si diedero alla fuga, e furono in contumacia condannati allo
ultimo supplizio, ed altri vi soggiacquero in fatto, mentre altri ancora
od erano puniti di esilio o di galera o di prigione: promessi, per
ordine del tribunale di polizia, mille ducati a chiunque avesse
arrestato uno dei designati quali autori principali della rivoluzione. Il
dì 26 marzo anco la piazza di Gaeta si arrese agli Austriaci, essendo
stato il comandante Begani minacciato d'essere trattato da ribelle in
una co' suoi soldati, ove non cedesse la fortezza. Questo infausto
moto produsse adunque al napolitano popolo soltanto spese enormi,
proscrizioni e morti ignominiose. Il generale Pepe potè sottrarsi a
tanti guai, perchè il principe reggente, che l'aveva in particolare
affezione, lo fece allontanare dal regno.

40. Il re Ferdinando, rientrando nella sua capitale il dì 15 maggio, vi
fu ricevuto tra le acclamazioni d'una popolazione solita a festeggiar
l'ingresso di tutti coloro che destinati sono dalla Provvidenza a
governarla, e con sua notificazione si espresse di voler riformare gli
abusi e purificare tutti i dicasteri, perchè più non avesse nutrimento
l'idra rivoluzionaria. Infatti, molti e molti furono i generali ed ufficiali
dimessi, non pochi gli arrestati, ed in tutti i dipartimenti non
vedevansi che riforme, mutazioni e dimissioni.
Ma la Sicilia non avea dimostrato quella sommissione che gli stati
di qua del Faro, sì nel tempo del regime costituzionale e sì quando
presentaronsi gli Austriaci per entrare nel regno. I due partiti erano
sempre in fermento e fu d'uopo d'un grosso numero di soldatesche
forastiere, le quali, unite ai regi, poterono ricondurvi l'ordine. È bensì
vero che in quella isola minore fu la ricerca che si fece dei
perturbatori dell'ordine pubblico e dei fautori della costituzione, onde
più presto sedaronsi gli animi e più presto obbedienti si piegarono
agli ordini del comandante austriaco e de' regi magistrati. Una
convenzione fu finalmente conchiusa fra sua maestà l'imperadore
d'Austria e il re delle Due Sicilie, nel dì 18 ottobre, e ratificata l'8 del
gennaio susseguente nella quale, a ristabilimento dell'ordine in tutto
il regno, stipulavasi che un esercito austriaco in esso stanzierebbe
sino alla totale pacificazione e al riordinamento delle cose, a tutto
carico e spesa del napolitano erario.
Contemporaneamente ai primi passi sui confini napolitani, una
sommossa scoppiava, per parte delle truppe, nel Piemonte, e
segnatamente in Alessandria, nel dì 8 marzo. Questa voglia di novità
si diffuse anco in parte nella guernigione di Torino ed in altri
reggimenti sparsi in varie città degli Stati Sardi. Gli studenti, i quali,
per avere sino dal dì 11 di gennaio resistito alla truppa in un conflitto
nel quale erano rimasti feriti diciotto loro compagni, aveano avuto
severo gastigo, si unirono ai rivoltosi, e l'esempio loro fu da molta
gioventù seguitato, facendo per ogni dove udire le grida di viva la
costituzione. Tutti coloro che per delitti politici erano stati in varie
parti del regno, pochi giorni prima arrestati e tradotti nelle carceri di

41. Torino, furono posti in libertà. Il re Vittorio Emmanuele, dal cui
animo non era mai uscito il divisamento di sottrarsi alle gravi cure
dello Stato, dopo lungo consiglio, per non mancare agl'impegni
contratti con le alte potenze nel congresso di Vienna e di Tropau,
creò reggente del regno il principe di Carignano, che pubblicò un
editto, annunziando i poteri conferitigli dal re e l'abdicazione di lui al
trono in favore del fratello Carlo Felice, il quale da Modena, ove in
quel mentre si trovava, notificò ai popoli del regno, avere lui assunto
l'esercizio della regia podestà, e non riconoscere allora nè mai
cambiamento alcuno nella forma del reggimento. Nel dì 14 fu
promulgato l'atto, e la formula del principe reggente relativa a tale
promulgazione terminava con le parole: Giuro altresì di esser fedele
al re Carlo Felice.
A Genova intanto l'ordine pubblico non era stato alterato; ma il dì
21 di marzo, avendo quel governatore pubblicato la dichiarazione del
nuovo re Carlo Felice, la popolazione, siccome quella che portava
opinione doversi anche in Genova promulgare la costituzione,
cominciò a dubitare della veracità del documento, e ad avere per
equivoche le espressioni del governatore relative al principe, che
suonavano di questo tenore: «S. A. S. il principe di Carignano mi ha
fatto conoscere che, mosso dai sentimenti di onore e fedeltà che lo
distinguono, si è pienamente confermato a quanto nella prelodata
dichiarazione viene ingiunto.» Formaronsi pertanto degli
attruppamenti che si diressero al palazzo del governatore. Accolse
egli alcuni dei capi, cercò calmarli, ma non rimasero paghi. Verso
sera crebbe il tumulto, e disarmati alcuni corpi di guardia, con quelle
armi la folla s'avviò a Banchi. Intanto i posti principali erano stati
occupati dai soldati, e collocati sulle mura due cannoni, a dominio di
tutta la strada verso Banchi, ove sorgeva appunto il palazzo del
governatore. L'attitudine delle truppe e due sole cannonate a polvere
poterono disperdere gli ammutinati, e la notte passò tranquilla. Ma la
mattina appresso due colpi a scaglia tirati, non si sa come nè perchè,
dal medesimo posto militare, ferirono due soldati sotto la loggia e
due altri individui; del che esacerbaronsi molto gli animi, e fin
dall'alba del dì 23 udivansi dappertutto alti gridori, accresciuti dalla

42. sparsa voce che il governatore se ne fosse la notte fuggito, il che
non era. Le cose correvano a questo modo quando le nuove di
Torino mutarono la scena. Sorse una confusione orribile. Fu creduto
che l'editto del governatore non fosse leale; i nemici di lui
avvaloravano il sospetto; molti del popolo si unirono agli stanziali che
aveano abbandonato i posti e le caserme: la moltitudine entrò nel
palazzo, e impadronitasi del governatore, avrebbe su d'esso sfogato
l'odio antico se il generale d'Ison e alcuni altri, accorrendo in suo
aiuto, non l'avessero di colà sottratto per condurlo in sicuro nel
palazzo ducale. Se non che per istrada si svenne, ed allora
trasportato in casa Sciaccaluga in Campetto, emanò poco stante un
decreto col quale eleggeva una commissione di governo
conferendole irrevocabilmente tutti quei poteri che erano in lui, e
così rimase alquanto calmata la città.
Continuavano i rumori insurrezionali in Torino. A Novara,
Voghera, Vercelli ed Alessandria, le truppe discordi erano sempre in
procinto di venire tra loro alle mani. La discordia si propagava tra i
liberali; e molti affezionati alla causa regia, abbandonavano il
Piemonte. Ma l'esito delle cose di Napoli disanimò i capi del partito, i
quali da altro canto vedevansi vicini ad essere attaccati dai Tedeschi
comandati dal generale Bubna, che s'era fatto precedere da una
grida onde i liberali si erano vieppiù costernati. Raffreddossi l'ardore
che aveva il primo moto inspirato nel petto degli amatori della
novità, e il seducente e lusinghiero manifesto del conte di Santa
Rosa valse a mantenere il coraggio in chi già si consideravo esposto
a tutte le forze austriache, stante la sommissione totale del regno di
Napoli.
Infatti, il conte di Bubna, informato che gl'insorti soldati
piemontesi movevansi verso Novara contro quelli che, rimasti fedeli
al re, militavano sotto il generale La Torre, si deliberò a prestare a
questo capitano il suo aiuto. Laonde, varcato, la notte del 7 all'8 di
aprile, il Ticino, e fatta promulgare la grida che dicemmo, il dì 8 la
vanguardia tedesca già era dinanzi a Novara. Nel mezzo tempo,
vedendo il principe Carlo Alberto le proteste del duca del Genovese e

43. la parte attiva che in quelle faccende prendeva il gabinetto austriaco,
notificò in uno suo editto che rinunziava alla reggenza, e
abbandonando l'esercito si ritirò in Toscana, ove poco stante si riparò
anche la sua consorte, figlia di quel granduca. Allora l'esercito si
elesse a capo il marchese di Caraglio, e senza lasciarsi abbattere, si
dispose a resistere agl'imperiali. Ostinato fu il combattimento dato
dentro la stessa Novara; ma i rivoltosi furono costretti a cedere,
inseguiti sino a Vercelli. Questo esercito, che ne' giorni antecedenti
ogni ora più ingrossava, ed era venuto da Torino per indurre i
dissenzienti a fare con esso causa comune, da che si sentì privo di
valido appoggio, andò del continuo scemando, sì che si ridusse al
breve numero di cinque mila soldati. Si mosse il generale Ansaldi,
che comandava in Alessandria, con parte dei suoi in soccorso di
Novara; ma fu costretto a rimanersi, perchè minacciato da una forte
colonna austriaca, e che da Piacenza marciava a Voghera e Tortona;
e quindi udita la perdita dei compagni a Novara, e considerando che
quantunque la piazza d'Alessandria ben provveduta fosse di ogni
sorta di munizioni e capace di resistere a lungo assedio, pure poteva
alla fine priva di soccorsi trovarsi al caso di rimaner vittima con tutti i
suoi seguaci, senza utile del suo partito che sino da quel momento
potea dirsi annichilato; con trecento studenti, alquanti soldati e
dragoni, il conte di San Marzan, il conte Santa Rosa, e molti uffiziali,
si diresse verso Genova, dov'ebbe coi suoi seguaci tutto lo agio
d'imbarcarsi per le coste di Spagna, stante la premura del colonnello
Rapello della guardia nazionale genovese, cui erano stati perciò dati
ordini segreti. Con tale evasione, il dì 11 aprile, fu restituita la
tranquillità a quelle contrade ancora.
Calmate le cose, il duca del Genovese Carlo Felice, previa
rinunzia del suo regio fratello, assunse il titolo di re e lo esercizio
della potestà suprema. Nel dì 4 di giugno andò ad abboccarsi in
Lucca con esso suo fratello Vittorio, ivi pur ricevendo le chiavi della
città di Alessandria cadute in potere delle armi austriache, e per
ordine dell'imperadore Francesco consegnategli dal generale conte di
Bubna. È noto che il già re Vittorio Emmanuele pregò il suo
successore a non usar il rigore contro i complici della rivolta, volendo

44. considerare cotale sommossa più come un resultato delle idee del
giorno che di mal animo verso il legittimo sovrano. Pochi adunque
furono quelli che soggiacquero alla morte.
Terminarono finalmente tutte cotali vicissitudini del regno di
Sardegna con una convenzione sottoscritta in Novara il 24 luglio dai
plenipotenziarii piemontesi ed austriaci e con la quale venne in
sostanza fermato: che un corpo austriaco di dodici mila uomini, e
sotto la guarentigia delle alte potenze, rimarrebbe a disposizione di
sua maestà sarda per mantenere, di concerto con le proprie truppe,
la tranquillità interna del regno; corpo da poter essere aumentato ad
ogni richiesta della sua maestà: occuperebbe esso corpo la linea
militare di Stradella, Voghera, Tortona, Alessandria, Valenza, Casale
e Vercelli.
In Toscana seguivano, il dì 7 di aprile, gli sponsali tra il granduca
Ferdinando e la principessa Maria Ferdinanda di Sassonia, con giubilo
di quei popoli, i quali nel loro monarca ammiravano il padre e
l'ottimo principe, al loro unanime grido facendo eco i profughi
napolitani, romani e piemontesi, che sotto l'egida delle leggi di lui
trovavano asilo e protezione, essendo che negli Stati per lui
governati ricoverò di essi il massimo numero.
Il dì 5 maggio morì a Sant'Elena Napoleone Bonaparte.

45.   
Anno di
Cristo mdcccxxii . Indizione x.
Pio VII papa 23.
Francesco I imperad. d'Austria
17.
Gli Stati di Napoli di qua dal Faro, o fosse la presenza di numerosi
presidii tedeschi, o la vigilanza della polizia, che senza posa
preveniva tutte le combriccole che di soppiatto si tenevano,
godevano d'una quiete da molto tempo insolita. I masnadieri e gli
assassini del continuo perseguitati e senza remissione puniti. Ma così
non era in Sicilia, ove le opinioni continuavano ad essere in guerra
fra loro, e le falangi alemanne potevano a stento reprimere nelle
vicinanze delle città popolose il brigantaggio. Frequenti erano gli
assassinii e gli omicidii: le carceri rigurgitavano di sospetti, di rei e di
prevenuti. Fecersi le vendette private quasi più che altrove sentire, e
fu d'uopo a' magistrati d'una fermezza particolare per giungere nel
corso dell'anno a rendere la pace alle famiglie, la quiete a' cittadini,
la sicurezza ai viandanti.
La condizione critica nella quale da molto tempo trovavasi la
Spagna, consigliò i monarchi ad unirsi in congresso a Verona, dove
convennero gl'imperatori d'Austria e di Russia, i re di Prussia e delle
Due Sicilie, il re e la regina di Sardegna, il granduca di Toscana con
suo figlio, la duchessa di Parma, il duca di Modena ed il principe
reale di Svezia, le altre potenze mandato avendo i loro

46. plenipotenziarii. Le risoluzioni di questo congresso non solamente
furono notificate all'Europa con una circolare dei monarchi alleati
diretta a tutte le loro rispettive legazioni e rese pubbliche, ma ben
anche portate ad esecuzione con la guerra nell'anno dopo fatta alla
Spagna. Per quelle conferenze maggiore concordia risultò tra le alte
potenze unite nella sacra alleanza, e tutte le loro misure furono più
specialmente dirette a sopire ogni germe di novità negli ordini di
pubblico reggimento, e viemmaggiormente solidare il principio della
legittimità nei troni.
Il dì 13 ottobre morì a Venezia Antonio Canova.
E qui, alla morte di questo sommo ingegno, onor delle arti belle e
del suolo natio, qui in mezzo alla profonda pace e tranquillità
dell'Italia deponiamo la penna per non ripigliarla mai più in
trattazioni tanto superiori alle nostre forze, e nelle quali solo una
eccessiva condiscendenza ci ha impegnato.
FINE DEGLI ANNALI.

47. INDICE
CONTINUAZIONE AGLI ANNALI D'ITALIA
MDCCL MDCCLI MDCCLII MDCCLIII MDCCLIV MDCCLV MDCCLVI
MDCCLVII MDCCLVIII MDCCLIX MDCCLX MDCCLXI MDCCLXII
MDCCLXIII MDCCLXIV MDCCLXV MDCCLXVI MDCCLXVII
MDCCLXVIII MDCCLXIX MDCCLXX MDCCLXXI MDCCLXXII
MDCCLXXIII MDCCLXXIV MDCCLXXV MDCCLXXVI MDCCLXXVII
MDCCLXXVIII MDCCLXXIX MDCCLXXX MDCCLXXXI MDCCLXXXII
MDCCLXXXIII MDCCLXXXIV MDCCLXXXV MDCCLXXXVI
MDCCLXXXVII MDCCLXXXVIII MDCCLXXXIX MDCCXC MDCCXCI
MDCCXCII MDCCXCIII MDCCXCIV MDCCXCV MDCCXCVI MDCCXCVII
MDCCXCVIII MDCCIC MDCCC MDCCCI MDCCCII MDCCCIII MDCCCIV
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