L'insegnamento si colloca nel percorso impiantistico progettuale. Il programma è coordinato con gli altri insegnamenti dell’orientamento ed in particolare con “Distribuzione e utilizzazione dell'energia elettrica” e con “Progettazione di impianti elettrici”. L’insegnamento si propone di approfondire alcune tematiche specifiche relative alla progettazione, gestione, manutenzione e simulazione dei sistemi elettrici. Vengono trattati dal punto di vista teorico le sovratensioni ed il coordinamento dell’isolamento, gli impianti elettrici per la trazione in corrente continua, i lavori elettrici, gli impianti elettrici per ambienti e applicazioni particolari e nei luoghi con pericolo di esplosione. Viene trattata inoltre la simulazione dei transitori elettromagnetici (EMT) dei sistemi elettrici in corrente continua ed alternata. Accanto agli approfondimenti teorici si dedica spazio ad esempi applicativi tipici della futura attività professionale, ad esercitazioni di calcolo, laboratori e visite tecniche.

Al termine dell’insegnamento, lo studente dovrà essere in grado di: • conoscere e comprendere le problematiche relative alle sovratensioni ed al coordinamento dell’isolamento; • comprendere le problematiche relative alla misura di alte tensioni; • applicare le conoscenze acquisite per la scelta delle protezioni contro le sovratensioni; • conoscere e comprendere la struttura dei sistemi di alimentazione per la trazione in corrente continua e le problematiche relative a sovracorrenti, correnti vaganti, sovratensioni e protezione delle persone; • applicare le conoscenze acquisite per valutare la sicurezza di un impianto per la trazione e proporre soluzioni migliorative; • conoscere e comprendere le problematiche di sicurezza di alcune particolari situazioni impiantistiche ed attività, quali ad esempio cantieri di costruzione e di demolizione, luoghi conduttori ristretti, sistemi fotovoltaici, luoghi a maggior rischio in caso di incendio e lavori elettrici; • conoscere e comprendere le principali problematiche relative alla simulazione dinamica dei sistemi elettrici ed i principali strumenti per la simulazione; • sviluppare semplici modelli di componenti e sistemi elettrici e simularne il comportamento in condizioni di funzionamento anomalo.

Le conoscenze e abilità richieste come prerequisiti riguardano: • nozioni di base di analisi, geometria ed elettrotecnica; • elementi di probabilità e statistica; • conoscenza della struttura dei sistemi elettrici di produzione, trasporto e utilizzazione dell'energia elettrica; • conoscenza dei componenti e dispositivi di manovra e protezione impiegati nei sistemi elettrici; • conoscenza del comportamento delle macchine elettriche in condizioni normali e di guasto; • conoscenza delle problematiche legate all’arco elettrico ed alla sua interruzione; • conoscenza delle problematiche generali di sicurezza elettrica; • conoscenze elementari di programmazione (es. Matlab); • abilità nell'uso di supporti informatici di base (editor di testi e foglio elettronico).

Il programma è suddiviso in quattro parti. Si riporta nel seguito l'elenco degli argomenti con il numero di ore indicativo per ciascuna parte. PARTE I - Sovratensioni [20h] • Aspetti generali Introduzione al problema delle sovratensioni. Sovratensioni di origine interna e di origine esterna. Generazione e misura di alte tensioni continue, alternate e impulsive. Tecniche di prova in alta tensione. Quadro normativo. • Sovratensioni di origine atmosferica Sovratensioni di origine atmosferica. La corrente di fulmine. Principali criteri per la protezione di strutture. Valutazione del rischio. LPS esterno. Scaricatori e limitatori di sovratensione: caratteristiche, scelta ed installazione. • Coordinamento dell’isolamento Livelli di isolamento. Trattazione probabilistica del coordinamento. Applicazione alle strutture delle stazioni elettriche. PARTE II - Impianti elettrici per la trazione in corrente continua [20h] • Struttura e protezione dei sistemi Struttura dei sistemi elettrici per la trazione. Stazioni di conversione. Interruzione di correnti continue. Sistemi di protezione. • Aspetti applicativi per la trazione ferroviaria e tranviaria Problematiche relative al riconoscimento delle sovracorrenti. Problematiche relative a tensioni pericolose. Problematiche relative alle correnti vaganti ed ai fenomeni di corrosione. Problematiche legate alle sovratensioni transitorie. Esempi applicativi. PARTE III - Applicazioni di sicurezza elettrica [20h] • Lavori elettrici Quadro legislativo e normativo. Profili professionali e responsabilità. Lavori elettrici in bassa tensione e in media tensione. Tipologie di lavoro: lavoro senza rischio elettrico, lavoro non elettrico, lavoro fuori tensione, lavoro sotto tensione, lavoro in prossimità di parti attive. Il rischio di folgorazione e le problematiche relative all’arco elettrico. Procedure di lavoro, attrezzi e DPI. Esempi applicativi. • Impianti elettrici per ambienti e applicazioni particolari Quadro normativo. impianti elettrici nei cantieri di costruzione e di demolizione. Luoghi conduttori ristretti. Sistemi fotovoltaici. Impianti elettrici nei luoghi a maggior rischio in caso di incendio. Impianti elettrici nei locali ad uso medico. Impianti elettrici di prova: stazioni di prova prive di protezione automatica contro i contatti diretti. Stazioni di prova con protezione automatica contro i contatti diretti. Analisi di casi reali. • Impianti elettrici nei luoghi con pericolo di esplosione Atmosfere esplosive per la presenza di gas e per la presenza di polveri combustibili. Classificazione dei luoghi. Progettazione, scelta ed installazione degli impianti elettrici nei luoghi con pericolo di esplosione. Quadro normativo. PARTE IV - La simulazione dei transitori elettromagnetici dei sistemi elettrici in corrente alternata e corrente continua [20h] • Modelli e metodi Metodi numerici per la simulazione dei transitori elettromagnetici. Esempi di problemi numerici e corretta modellazione del sistema. • Hardware e software di simulazione Principali software di simulazione offline. La simulazione real-time e le possibilità di studi con Hardware-In-the-Loop e Power Hardware-In-the-Loop. • Applicazioni Modello del sistema elettrico e dei sistemi di controllo. Esempi di simulazione applicati allo studio di guasti e sovratensioni.

L’insegnamento (8 cfu) è organizzato in circa 62 ore di lezione, 6 ore di esercitazione in aula, 9 ore di laboratorio informatico. Sono inoltre previste due visite guidate presso il laboratorio alte tensioni dell’INRIM e presso impianti di trazione tranviaria o ferroviaria per un totale di circa 3 ore. Nel caso di svolgimento in presenza le lezioni vengono svolte in parte alla lavagna ed in parte con l’ausilio di slide, fotografie e filmati. Nel caso di svolgimento da remoto le parti svolte alla lavagna sono sostituite dalla scrittura su lavagna digitale e il materiale prodotto durante le lezioni viene fornito agli studenti. Nel caso di didattica online i laboratori informatici saranno svolti individualmente dagli studenti sotto la supervisione remota del docente, e le visite guidate saranno sostituite dalla visione di fotografie e filmati.

Appunti dalle lezioni e documentazione disponibile sul portale della didattica. Non esiste alcun testo commerciale che comprenda integralmente gli argomenti trattati. Si suggeriscono tuttavia alcuni testi per consultazione ed approfondimenti: • G. Conte, Manuale di impianti elettrici, Hoepli, 2020. • F.M. Gatta, Impianti Elettrici 2, Esculapio, 2018. • M. Brenna, F. Foiadelli, D. Zaninelli, Electrical Railway Transportation Systems, IEEE Press Wiley, 2018. • E. Tartaglia, La sicurezza elettrica in ambiente ferroviario, Il mio Libro, 2021. • V. Medved, R. Schinco, Le correnti di corto circuito negli impianti elettrici at, mt e bt origine, effetti, criteri di calcolo e di eliminazione, Editoriale Delfino, 2013. • N. Watson, J. Arrillaga, Power Systems Electromagnetic Transients Simulation (2nd Edition), Institution of Engineering and Technology (IET), 2019.

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

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa;

Exam: Written test; Optional oral exam;

... L’esame è volto ad accertare la conoscenza degli argomenti elencati nel programma ufficiale dell'insegnamento e la capacità di applicare la teoria ed i relativi metodi di analisi e di scelta alla soluzione di esercizi, coerentemente con i risultati di apprendimento attesi. La valutazione finale è effettuata mediante una prova scritta in aula, della durata di 60 minuti ed una prova orale integrativa facoltativa. La prova scritta verte sull'intero programma dell'insegnamento ed è costituita da domande a risposta multipla di teoria, da domande a risposta multipla o a risposta numerica che prevedono lo svolgimento di un breve esercizio e da brevi domande di teoria e di calcolo aperte. Le competenze principali valutate sono l’abilità di illustrare concetti, formulare problemi, descrivere i metodi di soluzione e risolvere esercizi numerici. I punteggi assegnati alle domande saranno diversi, in funzione del tipo di domanda, e saranno indicati nel testo. In caso di risposta sbagliata ad una domanda a risposta multipla, ci sarà una penalizzazione pari al 25% del punteggio assegnato alla domanda. Chi avrà ottenuto un punteggio complessivo superiore a 15/30 potrà richiedere una prova orale integrativa (facoltativa) che permette di modificare il voto di massimo +o- 3 punti. Per ottenere la lode è necessario sostenere l'orale integrativo. L'orale integrativo ha una durata di circa 15/20 minuti, verte sull'intero programma dell'insegnamento e consiste in due domande o brevi esercizi. Durante lo scritto è ammesso l’uso della calcolatrice e di fogli di brutta. Non è consentita la consultazione di materiale o appunti né di telefoni o altri dispositivi di comunicazione.

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.