Bachelor's Thesis

Measurement on small scale laboratory model of earthing system

Final Thesis 4.74 MB

Author of thesis: Tomáš Krča

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Václav Vyčítal, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. David Topolánek, Ph.D.

Abstract:

This thesis focuses on testing a laboratory model of an earthing system developed as part of another bachelor’s thesis. The study examined the resistivity of the soil mixture used, the earth resistance values, the touch voltage for selected types of earth electrodes and compared these results with a computer simulation. The measurements showed that, due to the model’s properties and the measurement methodology, it is difficult to reliably measure earth resistance. However, the model can be used to some extent to demonstrate soil behaviour and measure earth electrodes.

Keywords:

Earthing system, earth electrodes, rezistivity, touch voltage, step voltage, potential distribution, Ansys Maxwell

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student představil výsledky svojí bakalářské práce. Předseda komise prof. Drápela vyzval vedoucího práce doktora Vyčítala a oponenta doc. Topolánka, aby komisi seznámili se svými posudky závěrečné práce. Po seznámení s posudky, vedoucí i oponent položili studentovi svoje otázky. Student na ně samostatně odpověděl s využitím vlastní přípravy v prezentaci. Vedoucí i oponent pokládali doplňující dotazy. Student odpovídal na doplňující otázky samostatně, upřesnil okolnosti experimentů a reagoval i na následnou diskusi.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Power Electrical and Electronic Engineering (BPC-SEE)

Composition of Committee

prof. Ing. Jiří Drápela, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. David Topolánek, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Lukáš Radil, Ph.D. (člen)
Ing. Martin Vojtek, Ph.D. (člen)
Ing. Václav Vyčítal, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Vladimír Král, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Václav Vyčítal, Ph.D.

Bakalářská práce se věnuje studiu chování laboratorního modelu uzemnění vytvořeného v rámci dřívější bakalářské práce na Ústavu elektroenergetiky FEKT. Cílem práce mělo být ověřit možnosti tvorby matematického modelu v programu Ansys Maxwell a jeho souladu s fyzickým modelem. Pro zvýšení důvěryhodnosti a získání také detailnějších výsledků se část práce věnovala replikaci výsledků dosažených v předchozí bakalářské práci (tzn. provedení opakovaných a rozšířených měření).
Ke zpracování práce lze konstatovat, že tato je na dobré úrovní a student při jejím zpracování postupoval proaktivně. Je zde nezbytné zmínit, že z důvodů zjištěných nesouladů (tj. nereplikovatelnosti) dříve dosažených výsledků a také některých dalších úskalí provádění měření student přistoupil k detailnějšímu měření laboratorního modelu uzemnění. Tyto zjištěné problémy vedly k mírnému upozadění samotné části tvorby matematického modelu a jeho detailnějšího a komplexního vyhodnocení, což měl být primární cíl práce. Nicméně provedení těchto měření a zdokumentování zjištěných úskalí lze považovat za nezbytné pro další práci s laboratorním modelem.
Práci lze vytknout určité nepřesnosti (viz otázka dále) a obsahuje menší množství stylistických a gramatických chyb. Práci doporučuji k obhajobě s navrženým hodnocením B 87 bodů.
K uvedeným výsledkům mám jednu otázku.
V tabulce 8 je pro zemnič typu Pásek uvedeno Uz 182,8 V a Ue 73,1 V. Nicméně, v tabulce 27 v příloze je pro pásek maximum potenciálu pouze 137,8 V a zdá se, že hodnota 182,8 V je prohozena se zemničem tyčovým. Dále pokud je pro typ pásek i tyč z tabulky 27 provedeno stanovení napětí pro metodu 62 % (tj. x = 20 cm), pak by mělo platit (182,8-65,8)=117 V a (137,8-66)=71,8 V, což by změnilo hodnoty odporů ze simulace. Můžete diskutovat jak byly hodnoty v tabulce stanoveny a jak by se změnily závěry pro odchylku odporu ze simulace? Points proposed by supervisor: 87

Grade proposed by supervisor: B

Tato bakalářská práce se zaměřuje na výpočet, fyzické měření a počítačovou simulaci elektrických parametrů vybraných typů zemničů. Výzkum probíhá na zmenšeném laboratorním modelu, kde je reálná půda simulována homogenní suchou směsí grafitu a granátového písku. Práce analyzuje rezistivitu této směsi, hodnoty zemních odporů jednotlivých elektrod, rozložení potenciálu v jejich okolí a velikost dotykového a krokového napětí. Výsledky získané měřením na tomto modelu jsou následně porovnány s numerickými simulacemi v programu Ansys Maxwell.
Práce je zdařile strukturovaná a psaná čtivou formou, díky čemuž slouží jako skvělý podklad pro uvedení čtenáře do dané problematiky. Čas investovaný do měření a simulací byl díky kvalitnímu zpracování efektivně využit ke zhodnocení možností tohoto modelu. Výzkum zároveň umožnil identifikovat určité odchylky, kterým je vhodné se dále věnovat (zejména proudovou závislost odporu zemniče a nesrovnalosti v hodnotě rezistivity).
Velmi kladně hodnotím i formulaci závěru práce, který kromě shrnutí zjištěných rozporů doporučuje i další postupy, které by mohly v návazných pracích pomoci identifikovat příčinu zjištěných odchylek v měření. K práci nemám podstatné výhrady. Topics for thesis defence:
  1. Na straně 53. je uvedeno že polokulový zemnič by neměl mít tak příkrý spád, z čeho toto konstatování vychází na obr. 37 v příloze A to není patrné. Proč nebylo měření ve větší vzdálenosti provedeno s menším krokem odečtu?
  2. Autor indikuje problém posunu průběhu potenciálu při měření, který by mohl být způsoben chybně odečtenou rezistivitou. Proč nebyla rezistivita směsi zjištěna nějakou přesnější metodou, jelikož je tato informace zásadní. Můžete popsat, jak by mohlo probíhat přesnější měření rezistivity materiálu směsi. Jakou rezistivitu by měla mít směs, aby se výsledky průběhu potenciálu nemuseli korigovat (předpokládám, že simulovaný a injektovaný proud byl shodný).
Points proposed by reviewer: 95

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová