Elektrisk kopling av sporveksler

For å få optimal driftsikkerhet på et toskinnesystem er det avgjørende at alle deler av sporet leder strøm, og kan forsyne lokomotivet med driftspenning. Ideelt sett bør alle hjulene på lokomotivet ha elektrisk kontakt med sporet til enhver tid. For å gjøre de elektriske koplingene rundt en sporveksel enklere har mange fabrikanter laget veksler med isolert kryss. Dette resulterer i at lokomotivet vil få et dårligere strømopptak når krysset passeres, og spesielt lokomotiver med 2 aksler kan få problemer.

For å bøte på dette utstyres mange veksler idag med elektrisk ledende kryss, slik at lokomotivet kan få strøm gjennom alle hjulene som passerer vekselen. Dette krysset må ”polariseres”, dvs. at strømmatingen til krysset må følge bevegelsen av tungene.

Figur 1: Delene en veksel består av

Ofte leveres vekslene fra fabrikanten med en enkel eller ingen form for polarisering, noe som gjør at de bør eller må modifiseres før montasje. Riktig elektrisk kopling av vekslene er avgjørende for et godt resultat. Forskjellige fabrikater vil ha litt forskjellig utførelse, men hovedtrekkene vil være de samme. Typisk egnede veksler kan være fra Tillig (Pilz) kode 83 eller fra Peco kode 75. Disse avviker på noen punkter:

• Peco kode 75 (Electrofrog) veksler har stive tunger som er mekanisk og elektrisk forbundet med krysset med en nagle-forbindelse. Denne typen elektriske forbindelser blir ofte dårlig når vekselen males og ballasteres. De er ellers forberedt for kopling av strøm til krysset og isolering av krysset fra tungene.
• Tillig kode 83 veksler har fjærende tunger som er laget i ett stykke med skinnene fram mot krysset. Dermed er eventuelle kontaktproblemer med de bevegelige tungene løst. Derimot er de ikke forberedt for isolering av krysset fra tungene, men dette kan selvsagt gjøres med et lite inngrep.

Begge vekseltyper har et strømløp som vist i figur 2, i henholdsvis avvik og rett stilling.

Figur 2: Strømgjennomgang i en veksel med elektrisk ledende kryss

En slik veksel skal alltid mates med kjørestrøm fra den motsatte enden fra krysset, altså fra venstre på tegningen. Den tilliggende tunga vil få strøm gjennom sin kontakt med stokkskinna, og siden krysset er elektrisk koplet til begge tungene vil krysset og den andre tunga dermed også få strøm. Når lokomotivet kjører gjennom vekselen vil det ha kontinuerlig strømopptak fra alle deler av vekselen, slik som ønsket.

Så hva er da problemet?

Dersom vi ser nøyere på figur 2 ser vi at det kan oppstå problemer på flere steder. Noen av problemene vil komme etter en tids drift, noen vil komme når sporet males og ballast legges og noen problemer kan oppstå ved skjødesløs kjøring. Men alle disse problemene kan unngås dersom man bruker litt tid på å kople vekselen riktig og sikre seg mot kortslutninger og dårlig kontakt.

Problemene det her er snakk om er spesielt fremtredende ved digital drift, fordi det da står en permanent høy spenning på sporet, med strømkapasitet på flere Ampere. En høy kortslutningsstrøm gjennom for eksempel strømopptaket i et lokomotiv kan fort brenne av slepekontakter og tynne ledninger. Ved analogdrift er normalt både spenningen og strømkapasiteten lavere, og konsekvensene av en kortslutning tilsvarende mindre..

Nedenfor er de viktigste problemene behandlet, med forslag til hvordan de kan unngås.

Strøm til tunger

Spesielt for Peco veksler kan det oppstå et problem etter en tids bruk hvor tungene ikke får strøm, og lokomotivet stopper idet det kommer ut på tungen. Årsaken er at maling, lim og skitt setter seg på flaten mellom tungen og stokkskinnen, og i den enkle "hengselen" for tungen. Dårlig kontakt på begge disse stedene gjør tungen strømløs.

Dette kan avhjelpes ved å lodde en liten, tynn ledning (bare 2-3 tråder fra en fleksibel ledning) forbi tungens hengsel, på yttersiden av sporet. Det er litt trangt og fiklete å få til, men ikke verre enn at det går. Pass bare på at ledningen ikke blir for stram slik at den hindrer tungens bevegelse. Se også figur 7 nedenfor.

Strømmating til krysset

Strømtilførselen til tungene og krysset er i utgangspunktet basert på at det blir tilstrekkelig kontakt mellom den tilliggende tunge og stokkskinnen den legger seg inntil. Dette vil temmelig sikkert svikte etter en stunds drift, eventuelt etter at sporet er malt. Derfor er det viktig å sikre en annen og mer pålitelig strømmating til denne delen av vekselen. Den eneste sikre metoden er å bruke en utvendig strømvender som kan skifte strømforbindelsen til krysset fra den ene til den andre stokkskinnen. Denne bryteren må følge vekselens bevegelse og bør ideelt sett ligge i mekanismen som beveger tungene, for eksempel i vekselmotoren. De fleste vekselmotorer har en eller flere slike vendere innbygget og dette forenkler den elektriske koplingen vesentlig. Men også ved hjemmebyggede mekaniske overføringer er det mulig å bygge inn en slik funksjon.

Figur 3 viser hvordan en slik vender kan erstatte den usikre kontakten mellom tunge og stokkskinne.

Figur 3: Kopling av ekstern strømvender for strømmating av krysset

Ved kopling av venderen er det viktig at den forsyner krysset med strøm fra riktig stokkskinne i forhold til den faktiske stillingen av tungene. Om den koples motsatt vil det oppstå kortslutning.

Isoleringen av sporene på ”høyre siden” av krysset (i følge figur 3) er nødvendig i noen tilfeller, avhengig av hvordan sporføringen fortsetter i den retningen. Se slutten av denne artikkelen for mer om dette.

Sikring av tungene

Når begge tungene er koplet sammen med krysset vil man kunne få et problem som vist på figur 4. Dersom et (eller flere) hjulpar på en passerende vogn eller et lokomotiv er litt for smale (hjulene står for nærme hverandre på akselen), eller vekselen er litt for trang mellom den fraliggende tungen og stokkskinnen vil det kunne oppstå kortslutning. Kortslutning kan også oppstå dersom et eller flere hjulpar har sporet av.

img src="/assets/images/tips/sporveksler/image004.gif" alt="Figur 4: Mulig kortslutningsproblem ved for trange hjul" />
Figur 4: Mulig kortslutningsproblem ved for trange hjul

For å unngå denne situasjonen kan man skille tungene elektrisk fra krysset, og kople dem elektrisk til hver sin stokkskinne. Dette kan kreve at man må kutte skinnene mellom den bevegelige delen av tunga og krysset. På Peco kode 75 veksler er dette allerede forberedt slik at man bare trenger å bryte to små forbindelser på undersiden av vekselen.

Deretter loddes to små ledninger mellom tunge og stokkskinne på undersiden av vekselen. Strømføringen blir da som vist på figur 5. På Peco kode 75 veksler er det forberedt et spor i svillematten for dette.

Figur 5: Sikring av tunger

Kortslutningssikring av kryss

Dersom en uoppmerksom operatør ”kjører opp” en veksel, for eksempel som vist på figur 6 hvor lokomotivet kjører inn fra det rette sporet når vekselen ligger i avvik, vil man umiddelbart få en kortslutning.

Figur 6: Kortslutning når en veksel kjøres opp

Problemet oppstår fordi vekselens kryss er elektrisk koplet for strømgjennomgang for avviks-sporet, mens det blir kortslutning gjennom lokomotivet mellom 1. og 2. hjul som har strømopptak. Den interne elektriske koplingen mellom hjulene i lokomotivet vil nå ta den fulle kortslutningsstrømmen og i uheldige tilfeller kan ledninger eller slepekontakter brenne av. Spesielt ved digitalanlegg hvor kortslutningsstrømmen ofte vil være på 3 Ampere eller mer kan permanent skade skje i lokomotivet. I tillegg til at kostslutnings-sikringingen i digital-boosteren vil kople ut strømmen til hele eller deler av anlegget inntil kortslutningen er fjernet.

Figur 7: Komplett kortslutningssikring av en veksel

Løsningen er å kople inn en komponent i strømmatingen til krysset som leder strøm godt ved små strømmer, men som leder dårlig ved større strømmer. Slike elektroniske komponenter finnes i handelen og de koster rundt 20-25 kroner. Men en like enkel metode er å kople en lyspære inn i kretsen slik som vist i figur 7. En lyspære har akkurat den ønskede funksjonen med liten indre motstand ved små strømmer, og større indre motstand ved større strømmer, dvs. når pæra lyser. En 12 Volt pære på 6 til 12 Watt er passende, for eksempel en ”baklyspære” til bil.

Dersom man her ”kjører opp” vekselen så vil lyspæra tenne, samtidig som strømmen begrenses til under 1 Ampere. Dette tåler normalt både lok og digitalsystem uten å lage problemer.

Figur 7 viser alle de tiltakene som kan og bør gjøres for å sikre maksimal driftsikkerhet for en veksel. Hvert enkelt tiltak må vurderes ut fra vekselens konstruksjon, for eksempel vil en veksel fra Tillig ikke trenge de tynne ledningene forbi den mekaniske "hengselen" for tungene.

Ledningene som kopler sammen skinnene helt til høyre på figur 7 vil ofte ikke være nødvendige fordi disse skinnene kan få strøm fra andre eksisterende koplinger.

Mating av kjørestrøm til veksler

Når man arbeider med en sporplan er det viktig å vite hvor man må sette inn isolasjons-lasker ved vekslene. Prinsippene er her de samme uansett om man kjører med digital eller analog.

Generelt kan man si at en veksel med polarisert eller ledende kryss alltid skal mates med strøm inn fra "tunge-enden", dvs. den enkle enden av vekselen. I motsatt fall vil man kunne få kortslutning når vekselen står i den ene stillingen. Figur 8 viser riktig mating av strømmen ved en veksel. Plassering av isolasjonslasker på de angitte punktene vil sørge for å forenkle koplingene dersom det er "motstående" veksler slik som på figur 9.

Figur 8: Mating av strøm ved en veksel

Dersom to veksler koples ”mot” hverandre, for eksempel ved parallelle spor, så må man være nøye med plasseringen av isolasjonspunktene, og at strøm mates inn på de riktige stedene. Prinsippet er alltid å mate strømmen fra tunge-enden av enhver veksel, og så sørge for at alle andre skinner får separat mating av strøm.

Figur 9: Eksempel på riktig strømmating.

I figur 9 er det viktig at alle spordeler av samme farge (blå og grønne) på skissen blir koplet sammen ved matepunktene som er angitt. Videre må tungene isoleres fra krysset, og det må monteres isolasjonslasker på de markerte punktene, dvs. ved ”utgangen” av hver veksel etter krysset. Dessuten forutsettes det at alle kryssene får separat strømmating slik som vist i figuren.

Et særtilfelle er buttsporet øverst på figur 9, hvor strømmatingen til krysset på vekselen også kan brukes som strømmating til den ”nederste” (røde) skinnestrengen. Dermed vil man automatisk også kople bort spenningen fra dette sporet når vekselen ikke ligger i avvik. Dersom dette ikke er ønskelig må det monteres isolasjonslaske og strømmating på samme måte som ved de andre vekslene.

Det krever litt planlegging å få koplet vekslene riktig, men man har det igjen mange ganger under kjøring. Dårlig strømopptak er alltid irriterende, og disse enkle forholdsreglene vil bidra til at togene får en mye penere gange gjennom veksler.

Tekst: Halvor Sannæs