Servizi per la didattica
PORTALE DELLA DIDATTICA
2018/19

Impianti elettrici

L’insegnamento si propone di fornire le conoscenze essenziali dell’elettrotecnica, i concetti di sicurezza elettrica e le nozioni di impiantistica elettrica negli edifici e nei cantieri. Dopo aver presentato i principali componenti, l'insegnamento presenterà i metodi di base per lo studio dei sistemi trifase in condizioni normali e di guasto e i metodi di protezione contro le sovracorrenti ed i contatti diretti ed indiretti. Verranno trattati vari aspetti concettuali e applicativi per il settore edile con riferimento alla legislazione, normativa, unificazione e certificazione vigenti.

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The main objective of the course is to provide the students with the fundamental laws of electrotechnics, electrical safety, and power systems in buildings and in construction and demolition site installations. After considering the main components, the course will present the basic techniques for threephase systems, in normal state and after faults and the problems of protections against overcurrents and direct and indirect contacts. Part of the course is dedicated to the general safety concepts and their application to electrical plants, including the main references to the most significant legislation and standards for electrical safety and to the prevention techniques.

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Capacità di risolvere circuiti elettrici governati dalle leggi di base dell’elettrotecnica. Conoscenza dei principi fondamentali della sicurezza elettrica. Capacità di schematizzare e risolvere circuiti elettrici riferiti allo studio di problematiche di sicurezza elettrica e alle applicazioni impiantistiche per il settore edile. Conoscenza della legislazione e normativa fondamentale riguardante le applicazioni elettriche per il settore edile. Conoscenza delle caratteristiche di funzionamento e delle taglie unificate dei componenti elettrici impiegati negli impianti edili. Capacità di interpretare schemi elettrici riferiti alla distribuzione di energia elettrica negli edifici.

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Ability to solve electrical circuits governed by the basic laws of electrotechnics. Knowledge of the basic principles of electrical safety. Ability to schematize and solve electrical circuits related to the study of electrical safety issues and to electrical installations in buildings. Knowledge of laws and fundamental standards regarding electrical applications for the construction industry. Knowledge of the operating characteristics and unified sizes of the electrical components used in the electrical installations. Ability to interpret electrical schemes related to the distribution of electricity in buildings.

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Conoscenza dei concetti di base di analisi matematica e geometria, studio di funzioni, calcolo di derivate e integrali, soluzione di equazioni differenziali. Capacità di eseguire calcoli con vettori e numeri complessi. Conoscenza dei principi fondamentali riguardanti il campo elettrico, il campo magnetico e l’elettromagnetismo.

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The students are assumed to know the topics covered by the course of Mathematical Analysis I and Physics I, in particular the use of differential and integral calculus and the basic knowledge of electrical and magnetic fields. Further prerequisites are notions of complex numbers and a basic knowledge of vector calculus.

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Definizioni e concetti di base: Componenti e loro terminali. Corrente e tensione elettrica. Convenzioni tensione-corrente: generatori e utilizzatori. Potenza ed energia. Legge di Kirchhoff delle correnti (sezione, nodo). Legge di Kirchhoff delle tensioni (linea chiusa, maglia). Bipoli e relazioni costitutive: Resistenza (conduttanza). Corto circuito e circuito aperto. Condensatore e induttore. Generatore di tensione e generatore di corrente. Soluzione dei circuiti: equazioni linearmente indipendenti (leggi di Kirchhoff, equazioni costitutive). Serie e parallelo di bipoli. Partitore di tensione e di corrente. Collegamenti a stella e triangolo. Principio di sovrapposizione degli effetti. Bipolo equivalente di Thevenin. Regime stazionario sinusoidale: Richiami di algebra dei numeri complessi. Forme d’onda sinusoidali. Fasore associato ad una sinusoide, proprietà dei fasori. Equazioni topologiche ed equazioni costitutive nel dominio dei fasori. Impedenza, ammettenza e legge di Ohm generalizzata. Estensione di principi e teoremi nel dominio dei fasori. Potenze in regime sinusoidale (attiva, reattiva, apparente e complessa). Teorema di Boucherot. Rifasamento di carichi induttivi monofase. Sistema trifase: Origine e definizioni (sistema simmetrico, sistema equilibrato, terne dirette, terne inverse, grandezze stellate, concatenate, di fase, di linea). Stelle e triangoli di impedenze. Carichi in serie e in parallelo. Circuito monofase equivalente. Ruolo del conduttore di neutro. Potenze. Rifasamento (condensatori a stella ed a triangolo). Trasformatore: Principio di funzionamento del trasformatore. Modello del trasformatore monofase. Modello del trasformatore trifase. Sistemi elettrici: Classificazione in base alla tensione nominale. Struttura del sistema di produzione, trasmissione e distribuzione dell'energia elettrica. Distribuzione in Bassa Tensione e tipi di fornitura elettrica dall’ente distributore. Condutture elettriche, sovracorrenti e protezioni: Tipi di cavi elettrici. Condizioni di posa. Determinazione della portata. Definizioni di sovracorrente, sovraccarico, cortocircuito. Funzionamento dei dispositivi di protezione (interruttori, fusibili). Criteri di dimensionamento di un impianto elettrico. Caduta di tensione. Calcolo delle correnti di cortocircuito e scelta delle protezioni contro sovraccarichi e cortocircuiti. Pericolosità della corrente elettrica: Attività elettrica del corpo umano. Elettrocuzione, nozioni di primo soccorso. Curve di pericolosità delle correnti alternate, continue e impulsive. Resistenza elettrica del corpo umano. Ambienti ordinari e non ordinari. Tensioni pericolose. Impianti di terra: Dispersione di corrente elettrica nel terreno. Andamento del potenziale sulla superficie del terreno. Tensione di contatto e tensione di passo. Caratteristiche dei dispersori. Struttura di un impianto di terra. Connessioni equipotenziali. Protezione contro i contatti elettrici: Tipi di isolamento. Definizioni di massa, massa estranea, contatto diretto e contatto indiretto. Relè differenziali. Protezione contro i contatti diretti. Grado di protezione degli involucri (codice IP). Protezione contro i contatti indiretti. Determinazione delle curve di sicurezza tensione-tempo. Classificazione dei sistemi (TT, TN, IT) e metodi di protezione. Protezione contro i contatti indiretti senza interruzione del circuito (apparecchi di classe II, separazione elettrica). Sistemi a bassissima tensione (SELV, FELV, PELV). Regolamentazione del settore elettrico: Leggi e normative per l’impiantistica elettrica nel settore edile. Certificazioni. Dichiarazione di conformità. Verifiche sugli impianti.

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Basic definitions: electrical components and terminals, two-terminal components; current and voltage; passive and active sign convention; electrical power and energy; Kirchhoff’s current and voltage law Two-terminal components and constitutive equations: constitutive equations of resistor, capacitor, inductor, voltage and current generator Solution of the fundamental problem of circuit theory: definition; linearly independent equations: KCL, KVL constitutive equations Special methods for the solution of electrical circuits: series and parallel connection of resistors and generators; current and voltage division; star and delta connection; superposition principle; Thevenin equivalent circuit. Sinusoidal steady state. (summary of complex number algebra); sinusoidal waveforms; phasor of a sinusoidal waveform; property of phasors; topological and constitutive equations in phasor domain; impedance, admittance and generalized Ohm’s law; generalization of principles and theorems in phasor domain; power in sinusoidale steady state; Boucherot’s law; power factor correction of inductive single-phase loads. Three-phase circuits: definition: balanced and unbalanced three phase circuits, line (line-to-line) phase (line-to-neutral) voltages; star and delta connected loads; series and parallel connection of loads; single phase equivalent circuit; power factor correction: star and delta connection of capacitors Trasformer: working principle; single phase transformer; three phase transformer. Power systems definitions: TN systems, TT systems, IT systems. Protection against overcurrent: Nature of protective devices; Protection against overload current; Protection against short-circuit current. Protection against direct contact: Degrees of protection provided by enclosures (IP Code) Protection against indirect contact: Protective measure: automatic disconnection of supply; Functional extra-low voltage (FELV); Protective measure: double or reinforced insulation; Requirements for basic protection and fault protection; Protective measure: electrical separation; Protective measure: extra-low-voltage provided by SELV and PELV; Requirements for basic protection and fault protection; Sources for SELV and PELV; Requirements for SELV and PELV circuits. Additional protection: Residual current protective devices (RCDs); Additional protection: supplementary protective equipotential bonding.

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1. Legge di Kirchhoff delle tensioni e legge di Kirchhoff delle correnti. Equazioni costitutive. Soluzione generale dei circuiti elettrici. 2. Calcolo della resistenza equivalente. Soluzione dei circuiti elettrici. 3. Analisi di circuiti in regime sinusoidale con il metodo simbolico. 4. Analisi di circuiti in regime sinusoidale con l’applicazione del teorema di Boucherot. 5. Analisi di sistemi trifase. 6. Struttura dei sistemi elettrici. 7. Il trasformatore. 8. Portata dei cavi e protezione contro le sovracorrenti. 9. Power flow radiale. 10. Misura della resistenza di terra, della resistività del terreno e della tensione di contatto e di passo 11. Protezione contro i contatti indiretti nei sistemi TT. 12. Protezione contro i contatti indiretti nei sistemi TN. Misura dell’impedenza dell’anello di guasto.

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1. Kirchhoff’s current law and Kirchhoff’s voltage law. Constitutive equations. General solution of electrical circuits. 2. Calculus of equivalent resistance 3. Sinusoidal circuit analysis with symbolic method. 4. Sinusoidal circuit analysis with Boucherot law. 5. Threephase circuits analysis. 6. Power systems structure. 7. Transformers. 8. Protection against overcurrents. 9. Radial power flow. 7. Ground resistance measurement. Measurement of soil resistivity, touch and step voltage. 8. Protection against indirect contacts in TT systems. 9. Protection against indirect contacts in TN systems. Fault loop impedance measurement.

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Appunti dalle lezioni e materiale distribuito dal docente (disponibile sul portale della didattica). M. Repetto, Elettrotecnica, Politeko (disponibile sul Portale della Didattica) A. Canova, G. Gruosso, B. Vusini, Lezioni di Elettrotecnica, Progetto Leonardo R.C. Dorf, J.A. Svoboda, Circuiti Elettrici, Apogeo C.K. Alexander, M.N.O. Sadiku, Circuiti elettrici, McGraw-Hill A. Canova, G. Gruosso, M. Repetto, Elettrotecnica: Esempi ed Esercizi, Politeko Raccolta Temi d’Esame (disponibile sul Portale della Didattica) F. Piglione, G.Chicco, Sistemi elettrici industriali. Parte II: Macchine e impianti elettrici, Politeko, Torino, 2007. V. Carrescia, Fondamenti di sicurezza elettrica, edizioni TNE, Torino, 1997. D. Di Giovanni, La sicurezza degli impianti elettrici, edizioni CEI, Milano, 2006.

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Notes from the lessons and material distributed by the teacher (available on the educational portal). M. Repetto, Elettrotecnica, Politeko (available on the educational portal) A. Canova, G. Gruosso, B. Vusini, Lezioni di Elettrotecnica, Progetto Leonardo R.C. Dorf, J.A. Svoboda, Circuiti Elettrici, Apogeo C.K. Alexander, M.N.O. Sadiku, Circuiti elettrici, McGraw-Hill A. Canova, G. Gruosso, M. Repetto, Elettrotecnica: Esempi ed Esercizi, Politeko Collection of exam examples (available on the educational portal) F. Piglione, G.Chicco, Sistemi elettrici industriali. Parte II: Macchine e impianti elettrici, Politeko, Torino, 2007. V. Carrescia, Fondamenti di sicurezza elettrica, edizioni TNE, Torino, 1997. D. Di Giovanni, La sicurezza degli impianti elettrici, edizioni CEI, Milano, 2006.

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Modalità di esame: prova scritta; prova orale facoltativa;

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La valutazione finale è effettuata mediante una prova scritta, della durata di 120 minuti, che si compone di due parti: una parte di elettrotecnica ed una parte di impianti elettrici. Le due parti hanno lo stesso peso nella valutazione finale. La parte di elettrotecnica è costituita da due esercizi. La parte di impianti elettrici è costituita da una quattro/cinque quiz a risposta multipla, due/tre domande di teoria che richiedono una risposta sintetica ed uno/due esercizi di calcolo. Ogni risposta esatta vale un punteggio compreso tra 1 e 5. I punteggi sono indicati vicino alle singole domande. Il punteggio finale assegnato dipende anche dalla chiarezza dello svolgimento. Durante lo scritto è ammesso l’uso della calcolatrice e del formulario di elettrotecnica, ma non la consultazione di altro materiale o appunti. Gli studenti che hanno ottenuto nello scritto un punteggio superiore a 15/30 possono richiedere una prova orale integrativa che permette di modificare il voto di massimo +o- 3 punti. L'orale integrativo verte sull'intero programma del corso.

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Exam: written test; optional oral exam;

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The final evaluation is carried out through a written test, lasting 120 minutes, which consists of two parts: a part of electrotechnics and a part of power systems. The two parts have the same weight in the final evaluation. The electrotechnical part consists of two exercises. The part of electrical installations consists of a four / five multiple choice quiz, two / three theory questions that require a synthetic answer and one / two calculation exercises. Each correct answer is worth a score between 1 and 5. The scores are indicated next to each question. The final score assigned also depends on the clarity of the answer. During the written test, the use of the calculator and of the electrotechnical equations sheet is allowed, but not the consultation of other material or notes. Students who have obtained a score of more than 15/30 in the written test can request an integrative oral exam which allows to modify the score of maximum + or - 3 points. The integrative oral exam covers the entire program of the course.



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