Johtojen mitoitus

Johtoja ja pistokkeita
Sähköjohdossa jännite putoaa pituuden kasvaessa tai poikkipinta-alan pienentyessä
ohmin lain mukaan. Pienoisrautateiden johdotuksessa sallitaan
NEM 604 -standardin mukaan enintään 10% jännitteen pudotus. Samanpituisen paluujohtimen kanssa tämä tarkoittaa enintään 5% jännitteen pudotusta johdinta kohden, jotta jännitteenpudotuksesta ei aiheutuisi toiminnallisia häiriöitä.
Pienoisrautateillä käytetään pienjännitepuolella yleisesti johtoja, joiden poikkipinta-alat ovat 0,14 mm
2, 0,19 mm
2, 0,25 mm
2, 0,50 mm
2, 0,75 mm
2 ja 1,0 mm
2. Vaikka sähkön johtavuuden kannalta olisikin edullisempaa käyttää suurempipoikkipinta-alaista johtoa, paksumpi johto voi olla usein liian suuri pienoisrautateillä käytettävissä olevaan tilaan nähden. Myös liian ohut johto on ongelmallinen, mikäli se ei kestä kohteessa tarvittavia sähkövirran tasoja, jolloin se kuumenee ja saattaa olla turvallisuusriski.
Viime vuosina yleistyneissä moduuliradoissa saattavat ratojen pituuden vuoksi olla jännitehäviöt poikkeuksellisen suuria ja niinpä monissa moduulistandardeissa onkin vaatimuksena varsin suurikokoisten johtojen käyttö moduuleiden johdotuksissa. Jopa 1,5 mm
2 poikkipinta-alaisia johtoja saatetaan käyttää moduuleissa.
Jännitehäviön lisäksi toinen tärkeä kriteeri johtojen mitoituksessa on sähköturvallisuus. Johtojen tulee kestää kuumenematta tai syttymättä palamaan niistä läpi kulkevat sähkövirrat.
Nyrkkisääntö johtimen turvallisen minimipoikkipinnan määräämiseen:
- jatkuvan virran kesto 5 ampeeria poikkipinnan alan kutakin neliömillimetriä kohden
- hetkellinen virran kesto 10 ampeeria poikkipinnan alan kutakin neliömillimetriä kohden
Virrankesto
Eri johdon paksuuksille saadaan seuraavan taulukon mukaiset virrankestot:
| Pinta-ala |
Jatkuva virta |
Hetkellinen virta |
| 0,14 mm2 |
700 mA |
1,4 A |
| 0,19 mm2 |
950 mA |
1,9 A |
| 0,25 mm2 |
1,25 A |
2,5 A |
| 0,50 mm2 |
2,5 A |
5 A |
| 0,75 mm2 |
3,75 A |
7,5 A |
| 1,0 mm2 |
5,0 A |
10 A |
| 1,5 mm2 |
7,5 A |
15 A |
Digitaalisesti ohjatuilla radoilla saattaa saman keskusyksikön tai boosterin syöttämällä radan osalla olla samanaikaisesti useitakin junia ja tällöin pitää radan syöttöjohdot luonnollisestikin mitoittaa suuremmalle virrankestolle aina boosterin antamaan maksimivirtaan saakka. Digitaalisella radalla oikosulkutapauksessa kulkee johdoista myös boosterin antama maksimivirta, joka johdotusten tulee kestää turvallisesti. Jos rata on aiemmin johdotettu analogisen käytön virrantarpeen mukaan ja se halutaan digitoida, tulee kaikkien johtojen kapasiteetti ehdottomasti tarkistaa ja vaihtaa tilalle tarpeen vaatiessa paksummat, jotka kestävät boosterin maksimivirran ongelmitta.
Johdon pituus
Johtojen jännitehäviö vaikuttaa myös johtojen mitoitukseen ja mikäli virrankestoltaan riittävällä kaapelilla putoaisi jännite liikaa johdon pituuden takia, on käytettävä suurempipoikkipinta-alaista kaapelia. Eri paksuisille kaapeleille saadaan sallitun 5% jännitteen pudotuksen ja virran suuruuden mukaan seuraavat maksimipituudet:
| Pinta-ala |
100 mA |
200 mA |
300 mA |
500 mA |
1 A |
2 A |
4 A |
| 0,14 mm2 |
39 m |
19 m |
13 m |
7,8 m |
|
|
|
| 0,19 mm2 |
53 m |
26 m |
17 m |
10,6 m |
|
|
|
| 0,25 mm2 |
70 m |
35 m |
23 m |
14 m |
7,0 m |
|
|
| 0,50 mm2 |
140 m |
70 m |
46 m |
28 m |
14 m |
7,0 m |
|
| 0,75 mm2 |
210 m |
105 m |
69 m |
42 m |
21 m |
10,5 m |
5,2 m |
| 1,0 mm2 |
280 m |
140 m |
92 m |
56 m |
28 m |
14 m |
7 m |
Jos analogisella radalla liikkuu samanaikaisesti vaikkapa yksi juna, jota vetää veturi, joka ottaa maksimissaan 400 mA virtaa ja junassa on kolme matkustajavaunua, joissa kussakin sisällä yksi 35 mA virtaa ottava hehkulamppu sisävalaistukselle, saadaan junan kokonaisvirrankulutukseksi enintään noin 500 mA. Tällöin radan virransyöttöjohdot voivat olla enintään 7,8 metrin mittaiset, jos niiden poikkipinta-ala on 0,14 m
2.
Värikoodit
Pienoisrautatie tarvitsee johtoja moneen eri tarkoitukseen. Radan virroituksen lisäksi täytyy sähkökäyttöisille vaihteille ja opastimille vetää omat johtonsa. Edelleen saatetaan tarvita johtoja junien kulunilmaisutiedon välittämiseen, valaistukseen ja moniin muihinkin tarkoituksiin. Jo varsin pienikokoisessa pienoisrautatiessä saattaa johtoa olla satoja metrejä ja yksittäisiä johtojakin kymmeniä tai satoja. Tällöin on järkevää käyttää värikoodijärjestelmää erottamaan johtoja käyttötarkoituksen mukaan ja tietenkin myös merkitä yksittäiset johdot.
Johtojen värikoodijärjestelmiä pienoisrautateillä on standardoitu mm. NEM-standardeissa. Myös useilla pienoisrautatievalmistajilla on omat värikoodijärjestelmänsä, joiden käyttö on perusteltua jos käytetään tietyn valmistajan sähkölaitteita, joissa on yleensä valmistajan standardi-värikoodit.
Yleiset standardit¶
NEM 605
| Johdon väri |
Käyttötarkoitus |
| |
Punainen |
Radan virroituksen plus-napa. Kytketään yleensä raiteen ajosuunnassa oikeaan kiskoon. |
| |
Sininen |
Radan virroituksen miinus-napa. |
| |
Valkoinen |
Sähkömagneettisen vaihteen tai opastimen käytön plus-napa. |
| |
Keltainen |
Sähkömagneettisen vaihteen tai opastimen käytön miinus-napa. |
| |
Vihreä |
Sähkömagneettisen vaihteen tai opastimen käyttö. |
| |
Oranssi |
Kulunvalvontasignaalit. |
Valmistajakohtaiset
Fleischmann
| Johdon väri |
Käyttötarkoitus |
| |
Keltainen |
Radan virroituksen plus- tai miinus-napa. |
| |
Valkoinen |
Apujännite (vaihtojännite). |
| |
Musta |
Apujännitteen yhteismaa. |
| |
Vaaleanruskea |
Impulssi sähkömagneettisen vaihteen asettamiseksi poikkeamaan. |
| |
Tummanruskea |
Impulssi sähkömagneettisen vaihteen asettamiseksi suoraan. |
| |
Punainen |
Impulssi opastimen Hp0-asennolle (seis). |
| |
Vihreä |
Impulssi opastimen Hp1-asennolle (aja). |
| |
Oranssi |
Impulssi opastimen Hp2-asennolle (aja hitaasti). |
| |
Sininen |
Junaa ohjaavan opastimen ajovirran syöttö rataan. |
Märklin AC
| Johdon väri |
Käyttötarkoitus |
| |
Punainen |
Radan virroituksen vaihe. |
| |
Ruskea |
Radan tai apujännitteen virroituksen maa. |
| |
Sininen |
Impulssi sähkömagneettisen vaihteen tai opastimen asennon vaihtamiseksi. Pistokkeen väri ilmaisee toiminnan suunnan. |
| |
Keltainen |
Apujännite ja yhteismaa vaihteiden ja opastimien käämeille. |
Märklin DC
| Johdon väri |
Käyttötarkoitus |
| |
Punainen |
Radan virroituksen plus-napa. Kytketään yleensä raiteen ajosuunnassa oikeaan kiskoon. |
| |
Ruskea |
Radan virroituksen miinus-napa. |
| |
Sininen |
Impulssi sähkömagneettisen vaihteen tai opastimen asennon vaihtamiseksi. Pistokkeen väri ilmaisee toiminnan suunnan. |
| |
Keltainen |
Valaistusjännite ja yhteismaa vaihteiden ja opastimien käämeille. |
| |
Harmaa |
Valaistus ja vaihteiden tai opastimien käyttölaitteiden syöttö. |
Minitrix
| Johdon väri |
Käyttötarkoitus |
| |
Punainen |
Radan virroituksen plus-napa. Kytketään yleensä raiteen ajosuunnassa oikeaan kiskoon. |
| |
Sininen |
Radan virroituksen miinus-napa. |
| |
Valkoinen |
Sähkömagneettisen vaihteen tai opastimen virransyöttö (vaihtojännite). |
| |
Keltainen |
Impulssi sähkömagneettisen vaihteen asettamiseksi poikkeamaan tai opastimen asettamiseksi seis-asentoon. |
| |
Vihreä |
Impulssi sähkömagneettisen vaihteen asettamiseksi suoraan tai opastimen asettamiseksi aja-asentoon. |
| |
Musta |
Yhteismaa valaistukselle, myös opastimissa, ja vaihteiden tai opastimien käyttölaitteiden syöttö |
Roco
| Johdon väri |
Käyttötarkoitus |
| |
Sininen |
Radan virroituksen plus-napa. Kytketään yleensä raiteen ajosuunnassa oikeaan kiskoon. |
| |
Keltainen |
Radan virroituksen miinus-napa. |
| |
Ruskea |
Sähkömagneettisen vaihteen tai opastimen virransyöttö (vaihtojännite). |
| |
Punainen |
Impulssi sähkömagneettisen vaihteen asettamiseksi poikkeamaan tai opastimen asettamiseksi seis-asentoon. |
| |
Vihreä |
Impulssi sähkömagneettisen vaihteen asettamiseksi suoraan tai opastimen asettamiseksi aja-asentoon. |
| |
Musta |
Yhteismaa valaistukselle, myös opastimissa, ja vaihteiden tai opastimien käyttölaitteiden syöttö |
Liittimet
Pienoisrautateillä tarvitaan monenlaisia liittimiä ja vaikka tarvikevalmistajat ovatkin laitteissaan standardoineet liitintyyppinsä, tarvitsee radanrakentaja usein muuunkintyyppisiä liittimiä ja silloin on hyvä tuntea eri liitintyyppien ominaisuudet tarkemmin, jotta osaa valita kuhunkin käyttötarkoitukseen sopivimman liittimen ja tietää miten niitä käytetään.
Banaanipistokkeet
Käytössä useimmiten moduuli- tai lohkoradoissa moduulien välisissä sähköliitoksissa. Hyvälaatuiset banaaniliittimet ovat suhteellisen kalliita.
Katso myös: Banaaniliitin
Pienoisbanaanipistokkeet
Pienoisbanaaniliitin on pienoisrautatie- ja tarvikevalmistajien tuotteissaan usein käyttämä standardoitu 2,6 mm liitin. Liitin on halpa ja helppokäyttöinen. Pienikokoisuus on myös etu.
Katso myös: Pienoisbanaaniliitin
DIN-liittimet
DIN-liittimet ovat pyöreitä, useampinapaisia liittimiä, joita käytettiin aiemmin yleisesti audio-tekniikassa. Pienoisrautateillä käyttöä moduulitekniikassa sekä digitaalisissa ohjausjärjestelmissä.
Katso myös: DIN-liitin
D-Sub-liittimet
Centronics-liitin
Riviliittimet