Portale della Didattica

Impianti elettrici

01BGANE

A.A. 2024/25

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Meccanica - Torino

Organizzazione dell'insegnamento

Didattica	Ore
Lezioni	51
Esercitazioni in aula	9

Docenti

Docente	Qualifica	Settore	h.Lez	h.Es	h.Lab	h.Tut	Anni incarico
Pons Enrico	Professore Associato	IIND-08/B	51	9	0	0	10

Collaboratori

Espandi

Didattica

SSD	CFU	Attivita' formative	Ambiti disciplinari
ING-IND/33	6	D - A scelta dello studente	A scelta dello studente

Statistiche superamento esami

Anno accademico di inizio validità

2024/25

Presentazione

L’insegnamento si propone di fornire gli elementi fondamentali per lo sviluppo di un progetto di un impianto elettrico di utente. Gli studenti vengono messi nelle condizioni di acquisire competenze applicative professionali, illustrando le principali tematiche progettuali, passando in rassegna i componenti più importanti e illustrando le tecniche di scelta.

The subject gives the fundamentals for the development of the project of an electrical installation. It illustrates the main topics related to the analysis of the main components and methods for their choice. The students will obtain professional and practical skills.

Risultati attesi

Conoscenza dei concetti basilari alla base della progettazione degli impianti elettrici nei sistemi di distribuzione BT. Capacità di impostare gli obiettivi progettuali, svolgere calcoli di progetto e tradurre operativamente le scelte in una documentazione progettuale sintetica. Capacità di comprendere e disegnare schemi elettrici riferiti agli impianti elettrici con la corretta simbologia.

Prerequisiti

Equazioni costitutive dei bipoli in regime sinusoidale nel dominio del tempo e attraverso la rappresentazione simbolica (resistenza, induttanza e capacità). Serie e parallelo di impedenze. Soluzione di circuiti in corrente alternata attraverso il metodo simbolico. La potenza in corrente alternata: potenza attiva, reattiva ed apparente. Il teorema di Boucherot. Soluzione di circuiti mediante il metodo delle potenze. Sistemi trifase. Soluzione di reti trifase simmetriche ed equilibrate. Circuito monofase equivalente. Metodo delle potenze. Conversione elettromeccanica dell’energia. Trasformatore (monofase e trifase): struttura, principio di funzionamento, circuito equivalente del trasformatore reale, rendimento, caduta di tensione industriale, parallelo di trasformatori. Gli argomenti citati come prerequisiti potranno essere ripresi durante l’insegnamento e trattati negli aspetti pratici e applicativi finalizzati agli impianti elettrici.

Programma

CONCETTI INTRODUTTIVI Richiami sulle grandezze elettriche e sui circuiti elettrici. Sistemi trifase. Classificazione dei sistemi elettrici in base alla tensione nominale. Sistema di produzione, trasmissione e distribuzione dell'energia elettrica in Italia. Distribuzione in Media Tensione (MT) e in Bassa Tensione (BT). Regolamentazione del settore elettrico (leggi e normative, unificazione, certificazione, dichiarazione di conformità, verifiche sugli impianti). Caratteristiche e modello dei trasformatori. Modello delle linee elettriche. CONDUTTURE ELETTRICHE, SOVRACORRENTI E PROTEZIONI Cavi elettrici. Condizioni di posa. Sigle dei cavi. Portata di un cavo e criteri per la sua determinazione. Definizioni di sovracorrente, sovraccarico, cortocircuito. Arco elettrico. Apparecchi di manovra. Apparecchi di protezione (interruttori automatici e fusibili). Quadri elettrici. Esempi di applicazione. PROGETTAZIONE DEGLI IMPIANTI ELETTRICI DI DISTRIBUZIONE La progettazione degli impianti elettrici (cabina elettrica MT/BT e sistema di distribuzione BT): standard progettuali ed elaborati di progetto. Diagramma di carico di un utilizzatore. Determinazione del carico convenzionale, coefficienti significativi. Criteri base per il dimensionamento di un impianto elettrico. Calcolo delle correnti di impiego nelle reti elettriche radiali. Portata delle condutture. Caduta di tensione. Calcolo delle correnti di cortocircuito e scelta delle protezioni. Rifasamento (vincoli tariffari, connessione dei condensatori, strutture dei sistemi di rifasamento). Scelta dei trasformatori. Gruppi di continuità. Schemi tipici di cabine MT/BT. Esempi di applicazione. PERICOLOSITÀ DELLA CORRENTE ELETTRICA E PROTEZIONE CONTRO I CONTATTI ELETTRICI Elettrocuzione: Curve di pericolosità delle correnti alternate e continue. Percorso della corrente elettrica nel corpo umano. Fattore di percorso. Resistenza del corpo umano. Tensioni pericolose. Impianti di messa a 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. Misura della resistenza dell’impianto di terra. Protezione contro i contatti elettrici: Definizioni di massa, massa estranea, contatto diretto e contatto indiretto. Protezione contro i contatti diretti. Grado di protezione degli involucri (codice IP). Protezione contro i contatti indiretti. Classificazione dei sistemi (TT, TN, IT). Caratteristiche e criteri di scelta degli interruttori differenziali. Protezione contro i contatti indiretti senza interruzione del circuito. Protezione in ambienti non ordinari.

INTRODUCTORY CONCEPTS Summary of the electrical quantities and of the basic concepts on the electrical circuits. Three-phase systems. Classification of the electrical systems on the basis of the rated voltage. Structure of the systems for production, transmission, and distribution of electricity in Italy. Medium Voltage (MV) and Low Voltage (LV) distribution. Regulatory aspects in the electrical sector (laws and standards, unification, certification, declaration of conformity, testing procedures). Characteristics and models of the transformers. Model of the electrical lines. ELECTRICAL CONDUCTORS, OVERCURRENTS AND PROTECTIONS Electrical cables. Lay-down conditions. Cable nomenclature. Thermal current limits of the cables. Definitions of overcurrent, overload and short-circuit. Electric arc. Circuit operation and protection with circuit breakers and fuses. Electric switchboards. Application examples. ELECTRICAL DISTRIBUTION SYSTEM DESIGN Design of MV/LV substations and LV distribution: basic standards and design documents. Load pattern of utilization systems. Determination of the conventional load, related coefficients. Basic criteria for sizing an electrical distribution plant. Calculation of the currents in normal operating conditions in radial systems. Thermal cable rating criteria. Voltage drop criterion. Short-circuit current calculation and choice of the protections. Power factor compensation (tariff aspects, connection of the capacitors, structures for power factor compensation). Choice of the transformers. Continuity of supply. Typical schemes of MV/LV substations. Application examples. ELECTRICAL SAFETY AND PROTECTION AGAINST ELECTRIC CONTACTS Electric shock: Effects of electricity on the human body. Safety curves of alternate and direct currents. Effects of the path of the electrical current in the human body. Resistance of the human body. Dangerous voltages. Grounding systems: Dispersion of the electric current in the ground. Spatial evolution of the potentials on the ground surface. Touch voltage and step voltage. Characteristics of the earth electrodes. Structure of the grounding system. Equipotential connections. Measurement of the resistance of the grounding system. Protection against contacts: Classification of the exposed conductive parts. Direct contact and indirect contact. Protection against direct contacts. Level of protection of the electrical appliances: the IP code. Protection against indirect contacts. Classification of the systems on the basis for grounding and safety purposes (TT, TN, IT). Characteristics and sizing of the residual circuit breakers. Protection against indirect contacts without circuit interruption. Protections in non-ordinary sites.

Sustainable development goals

Assicurare a tutti l’accesso a sistemi di energia economici, affidabili, sostenibili e moderni

Garantire modelli sostenibili di produzione e di consumo

Note

Organizzazione dell'insegnamento

I contenuti dell’insegnamento vengono presentati durante le lezioni (48 ore) e con esempi numerici di calcolo svolti durante le esercitazioni (12 ore). Viene inoltre svolta una visita guidata ad una cabina di trasformazione MT/BT. Le esercitazioni di calcolo vertono sui seguenti argomenti: definizione della potenza convenzionale, scelta della sezione dei cavi, calcolo delle correnti di cortocircuito, scelta delle protezioni dei cavi, calcolo di un impianto di rifasamento, modelli di trasformatore e linee, calcolo delle cadute di tensione, protezione contro i contatti indiretti. Alcune esercitazioni vengono svolte utilizzando software specifici per la progettazione degli impianti elettrici. Nel caso di erogazione online dell’insegnamento, la visita guidata sarà sostituita dalla visione di immagini e filmati.

Bibliografia

Appunti presi a lezione e materiale inserito dal docente sul Portale della Didattica. Nel caso di didattica erogata da remoto verranno caricati sul portale della didattica anche gli handout delle lezioni. Testi di riferimento: F. Piglione, G. Chicco, Sistemi Elettrici Industriali (I e II parte), Politeko, Torino M. Montanari, La progettazione degli impianti elettrici in bassa tensione, EPC editore Altri testi consigliati: G. Conte, Manuale di Impianti Elettrici, Hoepli. V. Cataliotti, Impianti elettrici, Flaccovio F.Prabhakara, R.Smith, R.Stratford, Industrial and commercial power systems handbook, Mc Graw Hill.

Materiale di supporto allo studio

Slides; Dispense; Libro di testo; Esercizi; Esercizi risolti; Video lezioni tratte da anni precedenti;

Criteri, regole e procedure per l'esame

Modalità di esame: Prova scritta (in aula);

Exam: Written test;

... L’esame viene svolto attraverso una prova scritta. Durante l’esame, gli studenti sono chiamati a risolvere alcuni esercizi numerici e rispondere ad un insieme di domande a scelta multipla ed aperte che riguardano tutto il programma svolto. Il punteggio massimo assegnato ad ogni domanda è indicato nel testo. Il risultato minimo per superare l’esame è 18/30. Le competenze principali valutate sono l’abilità di illustrare concetti, formulare problemi, descrivere i metodi di soluzione e risolvere esercizi numerici. La prova scritta dura 60 - 90 minuti. L’ora di consegna viene riportata sulla lavagna all’inizio della prova. Durante la prova viene identificata e riportata su un foglio la localizzazione degli studenti. Si richiede di tenere in evidenza un documento valido con fotografia. Durante la prova non è permesso uscire, se non ritirandosi o dopo la consegna definitiva dell’elaborato. Nel caso di ritiro il testo della prova deve essere riconsegnato con l’indicazione di nome e cognome negli appositi spazi e con la scritta "RITIRATO" oppure "NON CONSEGNATO". Alla consegna della prova il testo, con indicazione di nome e cognome, deve essere inserito nell’elaborato. E’ possibile usare soltanto fogli nuovi, penna e calcolatrice. Non sono ammessi libri, appunti, calcolatori portatili o tablet, né l’uso di apparecchi per scattare fotografie. Gli indumenti e gli effetti personali non devono rimanere sul piano di lavoro né sotto il banco, e devono essere posti, debitamente chiusi, sulla sedia vicina o in posizione non raggiungibile. Non è consentito consultare altre persone o altro materiale. Per chi viene sorpreso con materiale non consentito sul piano di lavoro o sotto il banco, è previsto l’immediato annullamento della prova con allontanamento dall’aula. Tutte le eventuali domande devono essere rivolte a un membro della Commissione che, in caso di risposte di interesse generale, provvede a informare tutti i presenti. I risultati vengono comunicati attraverso il portale della didattica. Gli studenti avranno la possibilità di visionare l’elaborato corretto entro la fine della sessione di esami in corso.

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.

The exam is structured as a written test. During the exam, the students have to solve some numerical exercises and respond some quiz and open questions referring to the entire course programme. The maximum score assigned to each question is indicated after the text of the question. The minimum score to pass the exam is 18/30. The main competences evaluated are the ability of illustrating concepts, formulating problems, describing solution methods, and solving numerical exercises. The written test has duration of 90 - 105 minutes. The time limit for completing the test is indicated on the blackboard at the beginning of the period. During the test the Commission identifies the location of the students. The students must exhibit a valid document with photo. During the test the students may exit from the room only if they withdraw from the test of deliver the final writing. In case of withdrawal the text of the exam has to be given back with the indication of the student’s name and surname on the first page and with the writing "WITHDRAWN" or "NOT DELIVERED". When the writing is delivered, the text with the indication of the student’s name and surname must be included in the delivered material. The students may use only clean paper, pen and pocket calculator. Books, personal notes, personal computers, laptops, tablets, or equipment for taking photos are not allowed. The clothes and the personal belongings must not remain on the work plan, nor under the desk, and must be closed and located in a position in which the contents relevant to the exam cannot be reached. Contacting other persons of material is not admitted. If a student is found with any material not allowed in accessible location, or contacting other persons, his/her test is immediately annulled and the student will have to leave the room. Any question concerning the test must be addressed to a member of the exam Commission. In case the question is of general interest, a member of the exam Commission will inform all the students participating in the exam. The results of the exam will be communicated through the web portal. The students will have the possibility of viewing the corrected test during the period of the current exam session.