Sporlægning - elektriske forbindelser

I denne artikel handler det om kabling af de elektriske forbindelser, som er nødvendige for at forsyne skinnenettet med kørestrøm. Der er mange måder at gøre det på, men jeg vil begrænse mig til at vise den metode, som jeg har brugt på flere moduler med gode resultater.

Målet med det elektriske arbejde er - som med alt det andet tekniske - at opnå en stabil drift under et træf. Det stiller høje krav til kvaliteten, for når det gerne skal virke hver gang, duer hurtige og nemme løsninger som regel ikke. Holdbarhed i ledningsnettet opnås bedst ved - såvidt muligt - at lodde alle samlinger. Jeg vil fraråde brugen af kronemuffer til samling af ledninger, fordi den elektriske ledeevne i samlingen forringes, hvis ledningerne bliver angrebet af ir. Man kan risikere at ledninger bliver irret, hvis moduler opbevares i et uopvarmet lokale, når de ikke er i drift. Hvis samlingen i stedet loddes, kan den irre nok så meget, men den elektriske ledeevne er bevaret.

Lodning af samlinger sikrer også, at fysiske påvirkninger under transport og håndtering af modulerne ikke forårsager nedsat ledeevne i samlingen. Samlinger med kronemuffer kan blive løse, og på et tidspunkt kan ledeevnen i samlingen være væsentlig nedsat eller blive en såkaldt løs forbindelse, der nogle gange virker, og andre gange ikke. Det er klart, at den slags problemer kan koste meget tid under et træf, og kan i værste tilfælde betyde, at store dele af et anlæg ikke kan befares, og dermed bliver man skyld i, at mange får en dårlig oplevelse. Derfor: skal man have moduler med til træf, bør man gøre sit yderste for at de tekniske løsninger, man laver, er i orden og langtidsholdbare.

Lige så vigtig som lodning er for samlingers holdbarheden, lige så vigtig er det at undgå kortslutninger, så når en samling er loddet, beskytter jeg den med krympeflex. Krympeflex er en type plast, som skrumper ved opvarmning. Man kan købe krympeflex i rør af forskellig diameter, som man klipper i passende længde og fører ned over samlingen. Når den derefter opvarmes med en varmluftpistol eller loddekolbe, så skrumper den og trækker sig sammen om lodningen. Herefter er samlingens yderside elektrisk isoleret, og man undgår kortslutninger, når ledningerne ligger op ad hinanden i en kabelbakke.

Orden i ledningerne
På et modul skal der som regel trækkes mange ledninger. Derfor er det en stor fordel - især under fejlfinding - at kunne skelne, hvilke ledninger der bruges til hvad. Det gøres nemmest ved at bruge ledninger af forskellig farve. Jeg har til mine moduler indkøbt rød ledning til kørestrømmens ene pol, hvid til den anden og brun ledning til polarisering af hjertestykker i sporskifter. For forbindelser til relæer og Arduino'er bruger jeg blå og gule ledninger. Til strøm for arduino'er og relæer bruger jeg sort ledning.

De mange ledninger har jeg valgt at skjule i kabelbakker under modulerne - det får undersiden af modulet til at se mindre rodet ud, og hjælper også til at holde ledningerne i skak og aflaste samlingerne.

Langsgående hovedledninger

Her ses hvordan hver gennemgående fødeledning afsluttes i en samledåse.

Jeg har herunder opstillet tre retningslinjer, som jeg synes er gode at følge, når man kabler et modul.

  1. Der skal være to gennemgående fødeledninger fra den ene ende af modulet til den anden. Fra disse udgår ledninger direkte til spor eller der udgår stikledninger, hvor mindre ledninger til sporene er loddet på. Den gennemgående hovedledning og evt. stikledninger skal være minimum Ø1,5mm, mens ledninger, der loddes på skinnerne, er Ø0,5mm. Til hovedledninger og stikledninger bruger jeg installationsledning, som er massiv, men blød, flertrådet ledning kan også bruges. Til de ledninger, der loddes på under skinnerne, bruger jeg blød, flertrådet ledning.
  2. Fødeledningerne afsluttes i en samledåse, hvor de forlænges med en 50 cm lang blød ledning Ø1,5mm. Ledningerne skal kunne føres minimum 30cm ud over gavlen, og samledåsen skal monteres tæt på gavlen.
  3. Ledningerne afsluttes i 4mm bananstik - hun i den ene ende af ledningen, han i den anden. For Sæby station har jeg valgt at hun-stikket er skruet fast i låget på samledåsen, men man kan også købe den type, der kan monteres på en ledning på samme måde som for han-stikket. Sidstnævnte metode bør bruges på strækningsmoduler, da man ikke kan være sikker på, at andres ledning med han-stik er lang nok til, at der kan skabes forbindelse. Når man betragter modulet ovenfra, skal han-stikket være i højre side set fra midten af modulet og ud mod gavlen. Der findes iøvrigt mange, der laver 4mm bananstik, men som mange andre i Fremo, bruger jeg udelukkende Hirschmann-stik. De er lidt dyrere end mange af de andre, men de er driftsikre og af god kvalitet.

Ledninger med en diameter på 1,5mm kaldes ofte 1½-kvadrat og ledninger med en diameter på 0,5mm kaldes ofte for ½-kvadrat ledninger. Selv om det faktiske tværsnitsareal og betegnelsen ikke helt harmonerer, så er det det samme, der snakkes om. Men bortset fra det, så er dimensionen på de omtalte ledninger rigelig til den spænding og maksimale strøm, der løber i ledningerne. Boostere bør maksimalt aflevere en effekt på 3A til ledningsnettet, så hvor der benyttes boostere med højere maksimaleffekt, skal de kunne omstilles til højst 3A, før de må indsættes. På Fremos hjemmeside kan man finde mere information om hvilke boostere, der er godkendt til brug under Fremotræf, og om de skal omstilles samt hvordan det gøres. Til information bruger jeg en Tams B4 booster, der er neddroslet til 3A.

Jeg vil iøvrigt henvise til Fremos hjemmeside, hvor man kan downloade en guide, som beskriver alle aspekter af det at bygge et modul. Den indeholder - foruden en masse gode retningslinjer - også egentlige krav til moduler, som skal opfyldes. Her er det især vigtigt at sætte sig ind i kravene til 230V-forbindelser.

Samlinger
Som nævnt lodder jeg alle samlinger og beskytter dem med krympeflex - bortset fra de ledninger, der forbinder sporskiftedrev, relæer og Arduinoer. Grunden er, at de enheder er født med skrueterminaler - men opstår der elektriske problemer ved et sporskifte, vil de samlinger nok være de første, jeg undersøger.

En samling laver jeg ved at afisolere det stykke af begge de ledninger, som skal udgøre samlingen - derefter fortinner jeg de afisolerede stykker. Selve samlingen foretages ved at sætte de to stykker mod hinanden og varme op med loddekolben, til tinnet smelter. Så fjernes loddekolben, og når tinnet hurtigt efter er størknet, er samlingen foretaget. Herefter tester jeg den for at se, om den holder - det sker ved langsomt at trække i samlingen, og holder den til et hårdt træk, så er den i orden. Herefter monteres og opvarmes krympeflex'en og samlingen er færdig.

Kabling af strækningsspor

Her er et strækningsspor ved at blive kablet. Fra hver skinne i sporet går en tynd ledning ned til en tykkere stikledning.

For at kunne bruge modulet, skal hvert eneste skinnestykke derpå forsynes med kørestrøm. Derfor skal der loddes en ledning under selv det mindste skinnestykke. Der kan opstå spændingstab, hvis et langt stykke spor kun er forsynet med strøm eet sted. Det bliver næppe noget problem på et modul, men på et fast anlæg er det noget, man bør tage med i sin planlægning, så man får forsynet sporet med kørestrøm et passende antal steder. Jeg har valgt at forsyne mine modulers skinner for hver mindst 50cm.

På det enkelte modul vælger jeg en side - forbindelser til skinner der ligger til den side laver jeg med rød ledning, og skinner, der ligger til den modsatte side, bliver forbundet med hvide ledninger. Alle røde ledninger forbindes til den røde, gennemgående fødeledning, mens alle hvide forbindes til den hvide, gennemgående fødeledning.

Jeg lodder ledninger til skinnerne op under skinnefoden - ledning og det pågældende stykke skinnefod fortinnes, og derefter lodder jeg ledningen vinkelret på skinnefoden. Man kan også bukke de yderste par mm af ledningen, så der er en større kontaktflade mellem ledning og skinne, men hvis lodningen er i orden, behøver man ikke at lave et buk. Nogen lodder faktisk ledningen på ydersiden af skinnen, men så bliver den svær at skjule, og det ser ikke realistisk ud.

På billedet til højre ses forbindelsen mellem skinnerne og en stikledning, og hvordan der er brugt rød og hvid ledning. Samlingen af de hvide ledninger er færdig og beskyttet af krympeflex, mens samlingen af de røde ledninger endnu er ufærdig og lodningen stadig synlig.

Kabling af sporskifter, krydsspor og drejeskiver

Her ses hvordan kabling mellem sporskiftedrev og et sporskifte skal foretages. Hvid, rød og brun ledning er til polarisering af hjertestykket. Blå, gul og sort er til drevets strømforsyning og bevægelse af drevets bom.

Kabling af et strækningsspor er relativt simpelt. Det er lidt mindre simpelt, når sporskifter, krydsspor og drejeskiver skal forsynes med kørestrøm, for her vil der kunne opstå kortslutning, hvis ikke man gør det korrekt.

Udfordringen ved sporskifter er, at hjertestykket skal polariseres afhængigt af, om sporskiftet er stillet i ret eller afvigende stilling. Sideskinnerne er altid fast polariserede - man siger, at den ene er positiv, den anden er negativ. Hvis et sporskifte er stillet til ret og den rette sideskinne er positiv, vil hjertestykket skulle polariseres negativ. Hvis sporskiftet er stillet til afvigende, og da den afvigende sideskinne jo er negativ i vores eksempel, vil hjertestykket skulle polariseres positiv. Den korrekte polarisering kan med andre ord bestemmes af tungernes stilling, og derfor har sporskiftedrev ofte indbyggede kontakter, så man kan trække en ledning fra hjertestykket til kontakten i sporskiftedrevet, og dermed altid have korrekt polarisering i hjertestykket, selv om sporskiftets stilling ændres.

I det følgende beskriver jeg, hvordan jeg forbinder strømforsyningen til aktivering af mine Hoffmann-drev.

På Hoffmann's sporskiftedrev er der seks terminaler, hvoraf kun de tre bruges til polarisering af hjertestykket. De tre andre er til at forsyne drevet med spænding for at ændre dets stilling. Hoffmann-drev skal efter anvisningen forsynes med 16V AC 1A, men det er ikke lykkedes mig at finde en strømforsyning med de specifikationer. Til gengæld købte jeg en AC-strømforsyning hos Elextra, der kan levere 18V AC 1A. Det kan drevet fint klare, men indstillet til maksimum hastighed, vil drevet bevæge sig hurtigere ved 18V spænding end ved 16V - men man kan justere hastigheden på den røde skydeknap øverst på drevet og kompensere for forskellen.

Hoffmann-drevet har indbyggede ensrettere, så derfor kan man nøjes med at forsyne dem med vekselspænding fra een strømforsyning. Alternativet ville være at forsyne dem med jævnstrøm - hvilket også kan lade sig gøre - men det vil kræve to strømforsyninger. Hvis man bruger andre sporskiftedrev kan man muligvis skulle forbinde dem anderledes. Overordnet set, så bliver mine drev forbundet, så et relæ bestemmer, om spændingen så at sige går ind i det ene eller andet ben på drevet - inden den går tilbage gennem den fælles pol.

Her ses hvordan kabling af et relæ gøres. Blå og gul ledning til retningsbestemmelse af sporskiftedrevet og sort er til drevets strømforsyning.

De tre nævnte terminaler er markeret med et kontaktsymbol, som også indikerer den fælles pol. Den ene pol på strømforsyningen trækkes til den fælles pol på drevet, mens den anden pol på strømforsyningen forbindes til den fælles pol på relæet, der skal aktivere drevet - dette kan også være en vippekontakt, hvis ikke man vil bruge relæer. De to andre terminaler forbindes til relæets (eller vippekontaktens) to andre poler - hvilke poler der forbindes til, vil afgøre retningen drevet vil bevæge sig i. Hvis ikke retningen stemmer med det forventede, kan man bytte om på de sidste to ledninger til relæet/vippekontakten. Mine relæer vil iøvrigt blive forbundet til et antal Arduino'er, som står for styring af sporskifter og drejeskive på stationen - men meget mere om det i en senere artikel.

Ligesom sporskifter kræver krydsspor polarisering af hjertestykket. Her er der imidlertid ingen bevægelige tunger, men til gengæld to modstående hjertestykker. Som ved et sporskifte, skal hjertestykkerne i et krydsspor kunne polariseres afhængigt af, hvordan det gennemkøres. Men da det ikke giver mening at bruge et sporskiftedrev i et krydsspor, kan man heller ikke bruge det til polariseringen. I stedet anvender man et vendesløjfemodul, som er et stykke elektronik, der er bygget til at opdage kortslutning og vende polariseringen i et sporstykke, så kortslutningen fjernes. Vendesløjfemodulet arbejder så hurtigt, at den har håndteret kortslutningen længe inden, at centralstationen opfanger kortslutningen, og derved kan man indføre krydsspor med automatisk polarisering. Forbindelserne til et krydsspor vil jeg behandle mere indgående i en senere artikel.

På drejeskiver er der lignende udfordringer. Her er der intet hjertestykke, men hvis ikke polariseringen af de to skinner på kongestolen kan ændres, vil der opstå kortslutning, hveranden gang drejeskiven har taget en halv omdrejning. Her bruger jeg også et vendesløjfemodul, som vender polariseringen af kongestolens spor i tilfælde af kortslutning. Man kan også lave en mekanisk polarisering af sporet på en drejeskive, men det kan give udfordringer med lydudfald på maskiner med lyddekoder. Derfor har jeg valgt at bruge en løsning baseret på et vendesløjfemodul. Forbindelserne til en drejeskive vil jeg behandle mere indgående i en senere artikel.

Test af forbindelser
Mens man kabler sit modul, er det en stor fordel at have et multimeter ved hånden - især hvis det har en indstilling, hvor det giver en lyd, hvis de to prober er forbundet. Det er nemlig nyttigt til at spotte kortslutninger - både de uønskede og de planlagte. Jeg bruger et multimeter under kabling af moduler, men også til en afsluttende test af alle nye forbindelser - på den måde ved jeg, at modulet vil fungere, selv om der endnu ikke har kørt et lokomotiv derpå.