Il corso intende fornire allo studente i fondamenti del calcolo dei circuiti elettrici e gli aspetti essenziali delle applicazioni elettriche in ambito industriale, con particolare riguardo ai problemi della progettazione e gestione dei sistemi elettrici. Il programma prevede perciò una prima parte dedicata all’analisi dei circuiti elettrici in regime stazionario e sinusoidale e allo studio dei sistemi trifase. La seconda parte, dopo una sezione dedicata al trasformatore, tratta i principi della produzione e trasmissione dell’energia elettrica e considera poi gli impianti elettrici in bassa tensione, soffermandosi sugli aspetti progettuali, normativi ed economici.
The goal of this course is to provide the student with the basics of circuit theory and electrical applications in industrial settings. The first part of the course develops the basics of electrical circuit analysis. The second part begins with some outlines of electrical machines and transformers. Afterwards, it deals with production, transmission and distribution of electric energy, focusing then on low-voltage electrical systems, their design and their normative and economic aspects.
Capacità di risolvere semplici circuiti in regime stazionario e sinusoidale. Capacità di risolvere semplici circuiti trifase simmetrici ed equilibrati. Conoscenza dei concetti base di: collegamento dei circuiti, regime sinusoidale, rifasamento, perdite e cadute di tensione nelle linee. Conoscenza dei concetti base sul sistema elettrico e le fonti energetiche. Capacità di progettare un semplice impianto elettrico di distribuzione. Conoscenza dei fondamenti normativi su impianti elettrici e sicurezza elettrica. Conoscenza degli aspetti economici e tariffari dell’energia elettrica.
Solving simple DC and AC circuits. Solving simple symmetrical and balanced three-phase systems. Basic knowledge of circuit topology, DC and AC systems, power factor correction, line losses and voltage drop. Design of a simple low-voltage distribution system. Basic knowledge of electrical safety. Basic knowledge of the economic aspects of electric energy.
Nozioni base di algebra, geometria e analisi matematica. Aritmetica dei numeri complessi. Nozioni base di elettromagnetismo.
Basic knowledge of algebra, geometry, mathematical analysis. Arithmetic of complex numbers. Basics of electromagnetism.
Circuiti elettrici in regime stazionario. Circuiti elettrici in regime periodico sinusoidale. Sistemi trifase. Nozioni sul trasformatore. Impianti elettrici: produzione e trasmissione dell’energia elettrica, fonti energetiche, componenti elettrici e protezione contro le sovracorrenti, sicurezza elettrica, progettazione elettrica e valutazioni economiche.
Programma dettagliato
Circuiti elettrici in regime stazionario
Circuito elettrico elementare. Regime stazionario. Definizione delle grandezze fondamentali. Concetto di bipolo. Convenzioni di segno. Principi di Kirchhoff. Connessioni di bipoli: serie, parallelo, stella, triangolo. Partitore di tensione e di corrente. Scrittura delle equazioni di Kirchhoff di una rete. Principio di sovrapposizione degli effetti. Teoremi di Thévenin e Norton. Teorema di Millman. Trasformazione stella-triangolo. Potenze in regime stazionario.
Circuiti elettrici in regime periodico sinusoidale
Generalità sul regime variabile. Regime periodico sinusoidale. Energie nei campi elettrico e magnetico. Bipoli conservativi: induttore e condensatore ideale. Valori caratteristici delle funzioni periodiche. Corrispondenza tra sinusoidi e fasori. Metodo simbolico. Soluzione di una rete con il metodo simbolico. Impedenza e ammettenza. Impedenza equivalente. Potenze in regime sinusoidale. Triangolo delle potenze e potenza complessa. Teorema di Boucherot. Rifasamento.
Sistemi trifase
Sistemi trifase. Tensioni stellate e concatenate. Correnti di linea e di lato. Carichi equilibrati. Sistemi simmetrici. Circuito monofase equivalente. Carichi squilibrati. Sistemi dissimmetrici. Potenze nei sistemi trifase. Relazioni generali per sistemi a tre e a quattro fili. Misura della potenza. Inserzione Aron. Caduta di tensione su linee trifase e monofase. Rifasamento nei sistemi trifase.
Generalità sulle macchine elettriche e nozioni sul trasformatore
Richiami sui campi magnetici. Trasformatore e sue applicazioni. Cenni sulle macchine rotanti.
Produzione e trasmissione dell’energia elettrica
Generalità sul sistema di produzione e trasmissione dell'energia elettrica. Fonti convenzionali e rinnovabili. Sistemi di accumulo. Generazione distribuita. Struttura delle reti di distribuzione. Smart grid. Cenni sulle linee elettriche e sullo stato del neutro.
Componenti elettrici e protezione contro le sovracorrenti
Normativa. Interruzione dell'arco elettrico. Interruttori di potenza e di manovra. Relè: tipi e impieghi. Relè magnetico, termico e differenziale. Condutture elettriche. Coordinamento tra protezioni e condutture.
Sicurezza elettrica
Generalità. Principali definizioni. Sistemi di distribuzione TT, TN e IT. Impianti di terra. Protezione contro i contatti diretti. Protezione contro i contatti indiretti.
Progettazione elettrica e valutazioni economiche
Cenni sulla progettazione dei sistemi di distribuzione dell'energia elettrica negli stabilimenti industriali. Valutazione del fabbisogno elettrico. Cabine di trasformazione e quadri elettrici. Impianti di rifasamento industriale. Tariffazione dell’energia elettrica. Mercato elettrico.
Basic electrical quantities. Direct current (DC). Sign conventions. Kirchhoff’s laws. Series and parallel circuits. Thévenin’s theorem. Millman’s theorem. Superposition theorem. Power in DC circuits.
Variable behavior. Energy in electric and magnetic fields. Alternating current (AC). Frequency and phase angle of sinusoidal waveforms. AC steady-state. Phasor diagram and complex numbers for AC circuit analysis. Impedance and admittance. Active and reactive power. Power triangle. Boucherot’s theorem. Power factor correction. AC circuits analysis.
Three-phase systems. Wye and delta connection. Balanced and unbalanced systems. Three-phase power. Power measurement.
Basics of electrical machines. Ideal transformer. Magnetization and load losses. Equivalent circuit. Three-phase transformers. Outline of AC rotating machines. Modern electrical power systems: generation, transmission, distribution and utilization. Renewable energy sources. Power plants. Transmission grid. Distribution networks. Neutral grounding.
Electric faults. Overcurrent protection. Circuit breakers. Thermal, magnetic and residual current devices. Electric cables. Design of electrical distribution systems.
Basics of electrical safety. Electrical hazards. Earthing systems. TT, TN and IT earthing systems.
Preventing electrical contacts. Use of differential relay.
Electric cabins. Power factor correction methods in distribution systems. Electricity tariffs. Electricity market.
Esercitazioni e laboratori
Esercizi di calcolo e applicazione degli argomenti trattati nelle lezioni. Esperienze di laboratorio (facoltative).
Lectures. Exercises on the topics covered in the lectures. Laboratory experiences (optional).
Utilizzati nel corso:
F. Piglione, G. Chicco, Sistemi Elettrici Industriali – Parte I – Teoria ed esercizi, Politeko, Torino
F. Piglione, G. Chicco, Sistemi Elettrici Industriali – Parte II – Teoria ed esercizi, Politeko, Torino
Materiale didattico scaricabile dalla pagina web del corso
Di approfondimento:
G. Conte, Impianti elettrici, Hoepli, Milano
V. Cataliotti, Impianti elettrici, Vol. III, Flaccovio, Palermo
Siti web www.elektro.it e www.elektro.it/elektro_sicurel_html/elektro_sicurel_0.html
- F. Piglione, G. Chicco, Sistemi Elettrici Industriali (I and II part), Politeko, Torino
- G. Conte, Impianti elettrici, Hoepli, Milano
- V. Cataliotti, Impianti elettrici, Vol. III, Flaccovio, Palermo.
- references available at the website www.elektro.it
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa;
Exam: Written test; Optional oral exam;
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Come studiare
Il lavoro di comprensione è basilare in questo corso mentre quello di memorizzazione è abbastanza limitato, soprattutto nella prima parte (teoria dei circuiti). L’esperienza insegna che sono necessari:
- Lo studio personale tra una lezione e l’altra, o al massimo entro due lezioni. Chi trascura questa pratica riduce drasticamente la possibilità di superare l’esame in tempi brevi.
- La partecipazione attiva alle lezioni e alle esercitazioni. Le domande sono sempre benvenute. Poiché il testo consigliato consente anche l’autoapprendimento, un’ora di studio personale a casa può essere più proficua di un’ora trascorsa distrattamente in aula.
- I docenti sono sempre disponibili alla consulenza. I servizi di consulenza in ufficio e online (via email) sono un valido aiuto alla preparazione dell’esame.
Esame
L'esame consiste in una prova scritta, comprendente esercizi e domande di teoria, che verte su tutto il programma del corso. L’esito della prova può essere registrato come voto finale dell’esame. In casi dubbi (sospetta copiatura o uso di materiale non autorizzato) la Commissione può imporre una successiva prova orale. In alternativa alla registrazione diretta, chi ha ottenuto almeno 24/30 nella prova scritta può accedere a una prova orale integrativa per aumentare (o diminuire) il punteggio ottenuto di un massimo di tre punti. La prova orale verte sullo stesso programma di quella scritta.
La prova scritta, della durata di due ore, si svolge nella data dell’appello (necessaria la prenotazione telematica). Presentarsi allo scritto muniti di un documento di riconoscimento.
Durante la prova non è ammessa la consultazione di libri o appunti, salvo il formulario scaricabile dal sito web del corso. Chi contravviene a questa norma oppure è sorpreso a copiare è automaticamente respinto. Non è ammesso l’uso di smartphone, notebook o similari, mentre è necessaria una calcolatrice. Durante la prova non è consentito uscire dall’aula.
Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.
Exam: Written test; Optional oral exam;
How to study
The work of understanding is fundamental in this course while the memorization work is quite limited, especially in the first part (circuit theory). Experience shows that it is necessary:
- Personal study between one lesson and another, or at most within two lessons. Those who neglect this practice drastically reduce the possibility of passing the exam quickly.
- Active participation in lectures and exercises. Questions are always welcome. Because the recommended text also allows self-learning, an hour of personal study at home can be more profitable than an hour spent absent-mindedly in the classroom.
- Teachers are always available for advice. Consulting services in the office and online (via email) are a valid help to prepare the exam.
Examination modalities
Closed-book written test, composed by numerical problems and theory questions. The grade of the written test is the final grade of the exam. An optional oral test is available for those that obtain at least 24/30 in the written test. The oral test focuses on the same program as the written one.
The written test, lasting two hours, takes place on the exam date. During the test, it is not allowed to consult books or notes, except for the formulary that can be downloaded from the course website. Anyone who contravenes this rule or is surprised to copy is automatically rejected. It is not allowed to use smartphones, notebooks or similar, while a calculator is required. During the test it is not allowed to leave the classroom.
In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.
