Master's Thesis

Analysis of changes in electrical parameters of solid dielectric materials for power engineering in various operating states

Final Thesis 3.99 MB

Author of thesis: Ing. Šimon Kalina

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Michal Krbal, Ph.D.

Reviewer: Ing. Luděk Pelikán

Abstract:

This master's thesis deals with the analysis of changes in the electrical parameters of solid
dielectric materials depending on thermal and electrical stress. The objective is to map
the dependencies of relative permittivity, dissipation factor, and volume resistivity across
various types of insulators and to explain the physical mechanisms influencing their
changes. The material scope is focused on structural components of power equipment,
such as instrument and power transformers, cables, and rotating machines. A high-voltage
automatic electronic bridge is utilized for the experimental measurements. In addition to
temperature and voltage dependencies, the subsequent analysis of the measured data also
focuses on the interpretation of observed polarization phenomena and the examination of
anomalous dielectric absorption curves. The repeatability of the data obtained according
to the chosen measurement methodology is statistically evaluated by repeatedly
measuring an identical test sample for two selected materials.

Keywords:

Solid dielectrics, polarization, permittivity, dissipation factor, volume resistivity,
temperature, electric field intensity, measuring bridge.

Date of defence

15.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student Šimon Kalina seznámil komisi s výsledky své diplomové práce na téma Analýza změn elektrických parametrů pevných dielektrických materiálů pro energetiku v různých provozních stavech. Vedoucí práce Ing. Krbal seznámil komisi se zněním obou posudků. Student následně správně odpovídal na otázky oponenta. V následné rozpravě se přihlásili o slovo Ing. Ptáček a prof. Toman. V obou instancích odpovídal student správně.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií

Department

Department of Electrical Power Engineering

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. Michal Krbal, Ph.D.

Předložená diplomová práce je zpracována v odpovídajícím rozsahu a všechny body zadání byly splněny. Struktura práce je logicky uspořádaná, jednotlivé kapitoly na sebe vhodně navazují a text je přehledný a dobře srozumitelný. Drobné výhrady lze formulovat pouze k ojedinělým pasážím, ve kterých se objevují méně přesná či odborně méně vhodná vyjádření. Tyto nedostatky však nijak zásadně nesnižují celkovou odbornou úroveň práce. Za zvláště zdařilou považuji praktickou část práce zaměřenou na analýzu laboratorně naměřených dat. Student k řešení přistupoval systematicky a zodpovědně, přičemž výsledkem je ucelený a přehledně zpracovaný soubor analýz a závěrů. Velmi kladně hodnotím rovněž aktivní přístup studenta v průběhu celého období zpracování diplomové práce. Pravidelně se účastnil průběžných prezentací výsledků své práce, aktivně se zapojoval do odborných diskusí a projevoval trvalý zájem o řešenou problematiku. Diplomovou práci doporučuji k obhajobě v rámci SZZ a navrhuji její hodnocení stupněm A, odpovídajícím 95 bodům. Points proposed by supervisor: 95

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Luděk Pelikán

Předložená diplomová práce plně odpovídá všem bodům oficiálního zadání. Téma práce je vysoce aktuální, neboť spolehlivost moderních energetických zařízení přímo závisí na vlastnostech a diagnostice pevných izolačních systémů při tepelném a elektrickém namáhání. Student dobře propojil teoretickou rešerši s laboratorními experimentey.
Teoretická část práce je logicky a strukturovaně uspořádaná a vytváří přehled o polarizačních mechanismech, dielektrických ztrátách a metodách měření permitivity i rezistivity. Oceňuji mimořádný rozsah realizované experimentální činnosti při měření parametrů širokého spektra vzorků. Výstupy jsou zpracovány přehledně a autor vhodně a přehledně aplikoval statistické vyhodnocení opakovatelnosti dat. Po formální, grafické a jazykové stránce je práce na výborné úrovni. V textu se však objevuje několik drobných technických nedostatků.
I přes tyto nedostatky považuji diplomovou práci za velmi dobře zpracovanou, přínosnou a z odborného hlediska velice zajímavou. Hodnotím ji 95 body, tedy klasifikačním stupněm A. Topics for thesis defence:
  1. Na straně 35 uvádíte hodnotu elektrické pevnosti Kaptonu 5,2–7,7 kV/mm. Porovnejte tuto hodnotu s reálnými izolačními vlastnostmi tenkých polyimidových fólií a vysvětlete, jaký vliv má tloušťka materiálu na přepočet reálné elektrické pevnosti.
  2. Na základě vašich naměřených dat pro polyetylén vykazuje relativní permitivita s rostoucí teplotou mírný pokles. Jaký čistě fyzikální děj v materiálu tento pokles způsobuje, když u polárního PVC je tomu přesně naopak?
Points proposed by reviewer: 95

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová