1.

a)  A  double-phase-to-ground  bolted  fault  develops  in  a  power  system.  Use sequence components to describe the amplitudes and phase-angles of the voltages and currents, stating all assumptions made. Hence sketch a circuit that represents the fault. [8 marks]

b) An electrical machines manufacturer produces a 3,000 kVA, star connected generator having sequence reactances X1 = 60%, X2 = 25% and Xo = 15%.  Using an appropriate base rating, suggest values for a reactance (Xn) and a resistance (R) that could be added to the generator neutral such that the current for a single-line-to-ground fault will not exceed rated current. Give your two answers in per unit form. [7 marks]

c) The  power circuit shown  in  Figure  1  consists of two three-phase  11  kVA generators each rated at 3,000 kVA, each having reactance 10%, and both connected to busbar B. A grid supply feeding Bus A is to be connected in parallel via a transformer rated at 9,000 kVA, having a leakage reactance of 5% and with the source impedance of the grid being effectively zero. Calculate the reactance(X) to be placed between bus A and bus B that will limit the three- phase short circuit fault level to 150 MVA at the fault position indicated. Give your answer in per unit form. [10 marks]

2.

a) Briefly discuss four principal effects that an automatic voltage regulator has on an isolated power supply system [6 marks]

b)A 25,000  kVA,  11  kV three-phase generator with  15% subtransient  reactance and  15%  transient  reactance  is  connected  through  a  transformer  having  a reactance of 10% to a bus that supplies 4 identical motors, as shown in the electrical line diagram in Figure 2. Each motor has Xd”=30%,Xd'=30% based on 5,000 kVA and 6.6 kV. The three-phase rating of the transformer is 25,000 kVA, 11/6.6 kV and leakage reactance X is 10%. Bus voltage is 6.6 kV, when a  balanced  three-phase fault  occurs  at  the  terminals  of one  of the  motors. Determine:

i)         The maximum symmetrical subtransient fault current in pu. [3 marks]

ii)        Generator contribution to the subtransient fault current as a percentage. [4 marks]

iii)       Momentary or asymmetrical current in breaker A in pu. [3  marks]

iv)       The transient symmetrical fault current of the generator and each motor. [4 marks]

v)        Current to be interrupted by breaker A in this fault scenario. [5 marks]

3.

a) The reactance of a short transmission line is j0.06 pu. The load current at the receiving end is (1+ j0.6) pu and the receiving end voltage is (1+j0) pu. Calculate the sending end voltage and average reactive power flow in the line. [5 marks]

b) Describe an algorithm which may be used by a computer load flow analysis program to obtain the bus admittance matrix of the impedance network of transmission lines shown in Figure 3, hence write a bus admittance matrix for the network. [8 marks]

c) Write a short essay entitled "The importance and objectives of load flow studies". Ensure you address the following aspects:

i)        The need for load flow studies;

ii)       the data that is obtained from load flow studies; and

ii)       how the data obtained would be used?

The essay should not include diagrams nor graphs and has a 400-word limit Your answer should use double line spacing

[12 marks total: 4 marks are attributed to each of the 3 subtopics]