Kela (komponentti)
Wikipedia
 |
Tätä artikkelia tai sen osaa on pyydetty parannettavaksi, koska se ei täytä laatuvaatimuksia. Voit auttaa Wikipediaa parantamalla artikkelia. Lisää tietoa saattaa olla keskustelusivulla. Tarkennus: Paikoitellen hyvinkin kömpelöä tekstiä ja monia täysin ympäripyöreitä selostuksia. |
Kela on sähkötekninen laite. Kela tehdään kiertämällä eli käämimällä sähköjohdinta.
Sähkövirta synnyttää ympärilleen magneettikentän. Kun sähköjohto on kierretty kelan keskustan ympäri, virta saa aikaan (geometrisistä syistä johtuen) keskittyneen, voimakkaan magneettikentän.
Magneettikenttä, muiden kenttien tavoin, sisältää energiaa. Kela siis varastoi energiaa magneettikenttäänsä.
Jos kelan virta muuttuu, myös kentän energia muuttuu. Tällöin syntyy virran muutosta vastustava jännite (sähkömagneettinen induktio) kelan napoihin jotta kentän energiaa voi siirtyä kelan ulkopuoliseen virtapiiriin (tai päinvastoin), energian häviämättömyyden mukaisesti.
Esimerkki: Jos virrallisen kelan virtapiiri katkaistaan äkillisesti, syntyy valokaari. Kela pyrkii jännitettä nostamalla vastustamaan virran pienentymistä.
Kelan mekaaninen vastine on vauhtipyörä.
Sisällysluettelo |
[muokkaa] Kela sähköisissä piireissä
Kelan kykyä vastustaa virran muutoksia kuvaa sen induktanssi, jota mitataan henryissä (H). Kun induktanssin L läpi kulkee virta i, niin jännite on 
Vastustaessaan kaikkia virran muutoksia kela vastustaa myös vaihtovirran kulkua. Tätä ominaisuutta kutsutaan induktiiviseksi reaktanssiksi. Sitä mitataan ohmeina kuten tasavirralla resistanssiakin. Toisin kuin vastuksen resistanssi, induktiivinen reaktanssi riippuu vaihtovirran taajuudesta ja se lasketaan kaavalla
- XL = 2πfL,
missä f on taajuus ja L kelan induktanssi.
[muokkaa] Kelan hyvät ominaisuudet
Häviöttömässä induktanssissa ei muutu sähköenergiaa lämmöksi, vaikka kelan läpi kulkee virtaa ja kelan yli on jännite. Käytännössä kelassa on häviöitä ja sijaiskytkentämallissa on usein resistanssi ja induktanssi sarjassa. Puhutaan usein kelan Q-arvosta, eli hyvyysluvusta, joka on kelan reaktanssi jaettuna resistanssilla. Mitä suurempi on Q-arvo, sen pienempiä ovat kelan häviöt. Suuri Q-arvo on etu kelojen käytämiseen suotimissa. Kelassa häviävä teho on 
[muokkaa] Kelan energia
Virrallisen kelan magneettikentässä on tallentuneena energiaa. Tämä energiamäärä voidaan laskea kelan induktanssista L ja kelan läpi kulkevasta virrasta I seuraavasti:
[muokkaa] Kelojen rakenteet ja käyttö
Sähkötekniikan kela rakentuu rauta- tai ilmasydämen ympärille käämitystä johtimesta. Etenkin suurilla taajuuksilla sydämenä käytetään ferriittiä. Kelan induktanssiin suuruuteen vaikuttavat sydämen muoto, materiaali sekä johdinkierrosten määrä. Myös yksittäisellä johdinlenkillä ja suoralla johtimellakin on pieni induktanssi.
Kelaa kutsutaan myös solenoidiksi etenkin, jos kelan magneettikenttää käytetään mekaanisen voiman tuottamiseen. Renkaan muotoisen sydämen ympärille kierrettyä kelaa sanotaan toroidiksi. Jos samalla sydämellä on monta käämitystä, on kyseessä muuntaja.
Sähköisesti kelan vastakohta on kondensaattori, jolla on negatiivinen reaktanssi. Keloja ja kondensaattoreja yhdistämällä voi muodostaa suotimia.
[muokkaa] Kuristimet ja reaktorit
Suurta kelaa, jota käytetään virran rajoittamiseen kutsutaan myös kuristimeksi. Kuristinta voidaan myös käyttää jännitepiikkien muodostamiseen, näin muodostunut virtapiikki esimerkiksi sytyttää loistevalaisimen.
Vielä suurempia voimavirtaverkossa käytettäviä kuristimia suurilla rautasydämillä kutsutaan myös reaktoreiksi, nämä ovat rakenteeltaan suurjännitemuuntajien kaltaisia ja yleensä öljytäytteisiä. Reaktoreita on neljäntyyppisiä: rinnakkaisreaktorit, nollapistereaktorit, sarjareaktorit ja tasoitusreaktorit.[1]
Rinnakkaisreaktori kompensoi ilmajohtojen kapasitiivista tehoa, jolloin vältetään jännitteen hallitsematon nousu erityisesti linjojen pienillä kuormituksilla.[2] Linjan kuormituksen muuttuminen ilman reaktoria voisi aiheuttaa virtapiikin, tätä kautta valokaaren ja/tai linjaan kytkettyjen laitteiden rikkoutumisen.
Nollapistereaktorilla lisätään muuntajan nollapisteen tai rinnakkaisreaktorin impedanssia. Yksivaiheisten vikojen aikana reaktori rajoittaa vikavirtaa nollapisteessä ja johdon tila palautuu entiselleen nopeammin.[3] Nollapistereaktoreita käytetään tähteen kytkettyjen muuntajien yhteydessä, kolmioon kytketyissä muuntajissa taas ei ole nollapistettä eikä nollapistereaktoria tällöin käytetä.
Sarjareaktoreiden tarkoitus on vaihtovirtaverkossa rajoittaa vikavirtaa siirtoverkon oikosulkutilanteissa ja/tai valvoa tehon siirtymistä vakaissa olosuhteissa. Reaktorin rajoittaessa vikavirran riittävän alhaiselle tasolle, se voi suojata järjestelmän laitteita rikkoutumiselta.[4] Sarjareaktori myös estää johdinten hallitsemattomia virtapiikkejä jotka voivat aiheuttaa valokaaria ja vakavia vaurioita järjestelmässä.
Tasoitusreaktorit kuuluvat tärkeänä osana korkeajännitetasavirtajärjestelmiin. Niiden tarkoituksena on vähentää ns. virran sykintää tasasuuntauksen jälkeen koko kuormitusvirran kulkiessa reaktorin läpi. Sykinnällä tarkoitetaan tasasuuntaajalta tulevassa tasavirrassa olevia jatkuvia harmonisia virtoja. Reaktorin tarkoituksena on luoda korkea impedanssi harmonisille virroille, vähentää niiden suuruutta ja näin tasoittaa edelleen tasavirtaa.[5]
Tasoitusreaktorit ovat hyvin suuria käämityksen suuren kierroslukumäärän ja suuren sydämen takia, molemmat tekijät nostavat reaktorin impedanssin tarvittavalle tasolle.[6] Tasoitusreaktorin induktanssi on myös hyvin suuri. Tämä on myös yksi tärkeistä tasavirtaa vakavoivista tekijöistä.
