Kela (komponentti)
Wikipedia
Kela eli käämi eli kuristin on sähköinen komponentti, joka varastoi energiaa magneettikenttäänsä. Jos käämin virta muuttuu, myös kentän energia muuttuu. Näin ollen syntyy virran muutosta vastustava jännite (sähkömotorinen voima) kelan napoihin jotta kentän energiaa voi siirtyä kelan ulkopuoliseen virtapiiriin (tai päinvastoin), energian häviämättömyyden mukaisesti. Esimerkki: Jos käämin virtapiiri katkaistaan äkillisesti, syntyy valokaari, joka purkaa magneettikentän energian jolloin käämin virta voi mennä nollaan.
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 hyvyys
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, 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 (esimerkiksi loistelampun liitäntälaitteessa) kutsutaan myös kuristimeksi. Vielä suurempia voimavirtaverkossa käytettäviä kuristimia suurilla rautasydämillä kutsutaan myös reaktoreiksi, nämä ovat rakenteeltaan suurjännitemuuntajien kaltaisia ja yleensä öljytäytteisiä. Reaktoreita on neljäntyyppisiä: rinnakkaisreaktori, nollapistereaktori, sarjareaktori ja tasoitusreaktori. [1]
Rinnakkaisreaktori kompensoi ilmajohtojen kapasitiivista tehoa, jolloin vältetään jännitteen hallitsematon nousu erityisesti linjojen pienillä kuormituksilla. [2]
Nollapistereaktorilla lisätään muuntajan nollapisteen tai rinnakkaisreaktorin impedanssia. Yksivaiheisten vikojen aikana reaktori rajoittaa vikavirtaa nollapisteessä ja johdon tila palautuu entiselleen nopeammin. [3]
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]
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. Tasoitusreaktorit ovat hyvin suuria käämityksen suuren kierroslukumäärän ja suuren sydämen takia, molemmat tekijät nostavat reaktorin impedanssin tarvittavalle tasolle. [5]
