L’insegnamento mira a fornire le basi fisiche e ingegneristiche dell’elettrotecnica e dei sistemi elettrici, presupposto per la progettazione di sistemi e processi atti alla generazione, al trasporto e all’uso razionale dell’energia elettrica.

-    Lo studente conosce i principi dell’elettrotecnica nelle varie formulazioni e mostra di aver compreso a fondo i nessi logici e matematici tra le grandezze che vi compaiono.

-    Lo studente è in grado di individuare le limitazioni cui sono soggetti i dispositivi reali e di comprendere le principali implicazioni ingegneristiche dell’elettrotecnica;

-    Lo studente è in grado di descrivere sia qualitativamente sia in forma matematica il principio di funzionamento dei principali componenti dei sistemi elettrici;

-    Lo studente è in grado di descrivere sia qualitativamente sia in forma matematica gli aspetti di base della trasmissione, distribuzione ed utilizzo dell’energia elettrica.

Lo studente è capace di applicare le conoscenze di base sopra descritte per:

-    impostare ed eseguire l’analisi di reti elettriche sia in termini di variabili di rete che in termini di potenze;

-    riconoscere e quantificare le prestazioni dei diversi materiali rispetto al loro utilizzo nei circuiti elettrici (conduttori, isolanti, elementi di accumulo, circuiti magnetici);

-    analizzare sistemi elettrici di media complessità;

-    risolvere semplici dimensionamenti di apparati per la distribuzione dell’energia negli impianti elettrici;

-    risolvere semplici dimensionamenti di protezioni elettriche, sia rispetto agli apparati che rispetto al rischio elettrico (cfr. protezione dai contatti diretti ed indiretti);

Argomento 1: Introduzione al sistema elettrico nazionale. Copertura del fabbisogno energetica. Introduzione al mercato elettrico liberalizzato.

Argomento 2: Grandezze e componenti fondamentali. Definizione operativa di tensione, corrente, potenza.

Argomento 3: Bipoli elementari e loro leggi; leggi di Kirchhoff. Reti resistive: serie e parallelo, trasformazione stella/triangolo. Partitori di tensione e corrente.

Argomento 4: Metodi di risoluzione delle reti elettriche. Teoremi delle reti elettriche: sovrapposizione degli effetti, teorema dei generatori equivalenti (Thevenin e Norton). Introduzione ai metodi matriciali.

Argomento 5: Transitori con forzanti stazionarie (primo ordine): variabili di stato e rete.

Argomento 6: Grandezze sinusoidali, fasori e vettori nel piano complesso. Analisi di reti in regime sinusoidale con il metodo dei fasori. Bipoli in regime sinusoidale, impedenza e ammettenza. Potenza in regime sinusoidale: potenza istantanea, potenza attiva, reattiva, apparente e complessa. Rifasamento.

Argomento 7: Sistemi trifase: grandezze di fase e di linea. Sistemi trifase simmetrici ed equilibrati: rete monofase equivalente, caduta di tensione e rifasamento.

Argomento 8: Sistemi in CC, sistemi in CA monofase e trifase. Struttura delle reti elettriche.

Argomento 9: Legge dell’induzione elettromagnetica. Auto e mutue induttanze. Energia immagazzinata nel campo magnetico

Argomento 10: Trasformatore monofase: circuito equivalente del trasformatore reale, dati di targa, prove a vuoto e in corto. Trasformatore trifase: circuito equivalente, rapporto di trasformazione.

Argomento 11: Analisi delle reti elettriche mediante bilanci di potenza, metodo di Boucherot.

Argomento 12: Calcoli di corto circuito per guasto simmetrico.

Argomento 13: Comportamento termico dei conduttori a regime e in caso di corto circuito: legge di Arrhenius.

Argomento 14: Cenni sulle apparecchiature elettriche: coordinamento delle protezioni con i conduttori.

Argomento 15: Criteri industriali per il dimensionamento delle linee elettriche MT e BT.

Argomento 16: Struttura, criteri di esercizio e protezione dei sistemi di distribuzione: reti MT e BT.

Argomento 17: Sicurezza elettrica: sistema TT, sistema TN. Impianti di terra; protezione per interruzione automatica.

Argomento 18: Progetto di un impianto elettrico industriale. Scelta dello schema; dimensionamento degli apparati.

L’insegnamento fa uso del formalismo matematico sviluppato nell’insegnamento di Analisi e Geometria 2 e delle nozioni dell'insegnamento di Fondamenti di Fisica sperimentale (precedenze di composizione).

La verifica della preparazione avviene mediante esame che potrà essere sostenuto nel periodo di valutazione finale al termine del semestre o in qualsiasi altro appello disponibile. L’esame consta di una prova scritta e di una prova orale che devono essere sostenute nello stesso appello. Sono inoltre previste due prove in itinere che hanno valenza equivalente alla prova scritta. La prova orale è a discrezione del docente e comunque è vincolata al conseguimento, a valle della prova scritta, di una valutazione superiore a 23/30. La prova orale è da intendersi obbligatoria in caso di votazioni superiori a 27/30.

Rispetto alla prova scritta, non sono previste penalità in caso di valutazioni insufficiente purché la valutazione risulti superiore o uguale a 10/30 (cfr. esito classificato come “rimandato”); in caso di valutazione inferiore a 10/30 sarà viceversa inibita la possibilità di sostenere altri appelli entro la medesima sessione d’esame (cfr. esito classificato come “riprovato”).

Nella prova scritta si richiede di risolvere sia problemi numerici sia di esporre argomenti specifici del programma, La loro valutazione si basa sullo svolgimento formale e su quello numerico, con valutazione prevalente sul secondo.

La prova scritta è volta ad accertare la capacità di:

-     impostare ed eseguire l’analisi di circuiti elettrici in regime stazionario e transitorio;

-     impostare ed eseguire l’analisi di circuiti elettrici in regime alternato sinusoidale;

-     individuare i parametri del modello di trasformatori elettrici, mono- e tri-fase, a partire dai dati di targa;

-     analizzare il funzionamento delle reti e dei sistemi elettrici mediante il metodo del bilancio delle potenze, verificando le cadute di tensione sui vari apparati ed i livelli delle correnti di guasto.

Presenta un capitolo sulla sicurezza elettrica