Master's Thesis

Short-Circuit Calculations in a Distribution Network under Supply from a Mobile Battery Backup Unit

Final Thesis 4.16 MB Appendix 652.06 kB

Author of thesis: Ing. Jiří Matoušek

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Branislav Bátora, Ph.D.

Reviewer: Ing. Roman Vaněk, Ph.D.

Abstract:

The theoretical part of this thesis deals with low-voltage distribution networks at 0.4 kV and residential installations at the same voltage level in TN C and TN S configurations, including a description of protective and switching devices used in final circuits of residential installations. In the practical part, faults with negligible impedance (short circuits) and faults involving the human body are simulated in the PS CAD software environment. These faults are analyzed for different supply conditions of the residential installation, i.e. for standard supply from a distribution transformer and for supply from alternative sources, specifically a battery energy storage system and a synchronous generator. The outcome of the practical part is an evaluation of the response of protective devices to individual fault conditions and an assessment of the impact of these faults on the 0.4 kV distribution network, including safety aspects.

Keywords:

short-circuit faults, domestic wiring, TN systems, equivalent short-circuit source, circuit impedance, PS CAD simulation, circuit breakers RCD, short-circuit protection, BESS

Date of defence

15.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student Jiří Matoušek seznámil komisi s výsledky své diplomové práce na téma Výpočty zkratových poměrů v distribuční soustavě při napájení z bateriového náhradního mobilního zdroje. Vedoucí práce Ing. Bátora seznámil komisi se zněním obou posudků. Student prezentoval odpovědi na otázky oponenta s detailním vysvětlením. Na otázky navázali v rozpravě s doplňujícími dotazy doc. Mastný, Ing. Ptáček a prof. Toman. Student reagoval pohotově a správně.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Electrical Power Engineering (MPC-EEN)

Composition of Committee

prof. Ing. Petr Toman, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Petr Mastný, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Branislav Bátora, Ph.D. (člen)
Ing. Štěpán Foral, Ph.D. (člen)
Ing. Michal Krbal, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Baxant, Ph.D. (člen)
Ing. Jiří Ptáček, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Branislav Bátora, Ph.D.

Diplomová práce Jiřího Matouška se zabývá aktuální a prakticky významnou problematikou výpočtu zkratových poměrů v distribuční soustavě při napájení z bateriového náhradního mobilního zdroje. Student zpracoval rozsáhlý teoretický rozbor sítí TN-C a TN-S, ochranných a jisticích prvků a následně vytvořil matematický model části distribuční sítě včetně transformátoru 22/0,4 kV, vedení NN a domovních instalací. Metodický postup řešení je zvolen vhodně; práce logicky porovnává tři režimy napájení – z distribuční soustavy, ze synchronního náhradního zdroje a z bateriového zdroje – a pro jednotlivé případy vyhodnocuje zkratové i poruchové stavy.

Za hlavní přínos práce považuji zejména prakticky orientované modelování v prostředí PSCAD a vyhodnocení reakce jisticích a ochranných prvků při omezeném zkratovém výkonu bateriového zdroje. Provedené výpočty a simulace jsou z hlediska zvoleného postupu správné a výsledky odpovídají očekávaným teoretickým předpokladům. Kladně hodnotím také snahu studenta pracovat s nepříznivými okrajovými podmínkami, např. s minimálními zkratovými proudy a s vlivem omezení proudu měniče BESS. Dílčí výhrady mám k některým zjednodušením modelu a k tomu, že ne všechny předpoklady jsou dostatečně kriticky diskutovány. V textu se rovněž vyskytují drobné nepřesnosti ve formulacích a zápisu některých výpočtových vztahů, které však zásadně nezpochybňují hlavní závěry práce.

Zadání práce považuji za splněné v plném rozsahu. Student provedl teoretický rozbor, vytvořil model distribuční sítě, vyhodnotil charakteristické hodnoty zkratových proudů pro požadované způsoby napájení a posoudil chování jisticích a ochranných prvků včetně rizika dotykového napětí. Výsledky práce mají přímý vztah k aktuální praxi, zejména s ohledem na možné využití mobilních bateriových zdrojů v distribučních sítích.

Slabší stránkou práce je především formální a jazyková úroveň. V textu se objevují gramatické chyby, dlouhá a místy méně srozumitelná souvětí, hovorové technické výrazy a některé stylisticky neobratné formulace. Kvalita části obrázků je nižší a některé grafy převzaté jako printscreeny z prostředí PSCAD jsou hůře čitelné. V několika případech by bylo vhodnější výsledky prezentovat přehledovou tabulkou nebo stručnou interpretací místo samostatného vykreslování málo vypovídajících průběhů efektivních hodnot.

Celkově však práci hodnotím jako technicky velmi zdařilou, metodicky dobře uchopenou a prakticky přínosnou. Student prokázal schopnost samostatně řešit komplexní elektroenergetickou úlohu, vytvořit funkční simulační model a vyvodit z něj relevantní závěry. Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím A / 90 bodů. Points proposed by supervisor: 90

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Roman Vaněk, Ph.D.

viz soubor v pdf Points proposed by reviewer: 90

Grade proposed by reviewer: A

File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 434,94 kB

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová