[철도모형-4] 레일에 전기가 흐른다.

* 서문

철도모형 관련하여 초보자에게 아주 기초적이지만 필수 내용을 담은 홈페이지가 있어서 자료의 기록차 번역하여 일부 경험에 기반한 내용을 보충 후 블로그에 게시합니다(청색글자). 원본 홈페이지 에서는 자료를 자유롭게 이용해도 좋다고 기재되어 있습니다만, 저작권 문제 등 있을경우 바로 삭제하겠습니다. 또한 접근성이 양호한 관계로, 부득이 자료들이 일본제 철도모형의 케이스에 국한됨을 양해 부탁드립니다. 영리 목적은 결코 없음을 강조 드립니다.

(출처: Toyoyasu님의 N게이지 증기기관차 페이지 - Ｎゲージ蒸気機関車 www5a.biglobe.ne.jp/~toyoyasu/index.htm)

 

감전되지 않을까?

N 게이지 선로가 프라레일과 가장 다른 점은, 레일에 전기가 흐르고 있다는 것입니다. 레일의 전기는 바퀴를 통해 기관차의 모터를 돌리거나 라이트를 켭니다. 오른쪽 레일에 플러스, 왼쪽 레일에 마이너스가 흐를 때 기관차는 전진하도록 만들어져 있기 때문에 극성을 반대로 전환하면 후진합니다.

바퀴가 레일과 접하는 부분은 거의 점이므로, 주행 진동에 의해 일시적으로 접점이 떨어지거나 먼지 나 얼룩으로 인해 오염되면 통전 효율이 나빠집니다. 그런 경우에도 안정적으로 주행 시키려면 역시 높은 전압을 사용하는 편이 유리하겠지만, 전압이 높다면 당연히 사람에게 위험하기 때문에 통상 직류 12V를 사용합니다.

그래도 12V는 자동차 배터리와 같은 전압이고, 보통의 AA 배터리는 1.5V이므로 높은 전압 같습니다. 하지만 보통 선로에 직접 몸이 닿아도 감전되지 않으므로 안심하세요. 민감한 사람의 경우 손이 젖어 있다면 가볍게 전기를 느낄 수도 있겠지만, 그런 것은 하지 맙시다.

또한, 상용 컨트롤러의 최대 전압이 14 ~ 16V 정도인 제품도 있지만, 사용하는 데 특별히 문제는 없습니다. 실제 운전에서는 그 절반 정도의 전압에서도 속도가 충분하게 나옵니다.

레일의 이음새는 어떻게 되어 있을까?

레일은 이음새가 있습니다. 이음새에는 레일 사이를 단단히 결합하기 위한 연결부가 있으며, 이것을 조이너나 레일 조인트 등으로 부릅니다. N 게이지의 조이너는 단순히 레일을 연결하는 것 뿐만 아니라, 피더로부터 공급되는 전류를 연결된 선로에 손실을 최소화 하면서 균일하게 흐르도록 해야 하므로 매우 중요한 부품입니다. 이곳의 연결이 느슨해지면 통전이 나빠지고, 열차의 움직임도 나빠집니다(*연결이 불량한 선로의 경우 차량의 속도가 갑자기 줄어든다거나, 멈춘다거나). 손상된 경우 신품 조이너만 레일로 부터 교환 할 수 있습니다.

KATO와 TOMIX 선로 모두 레일의 폭(게이지)는 같은 9mm이지만, 레일의 베이스가 되는 도상(밸러스트, 기찻길 아래 쌓여있는 자갈을 일컫음)의 폭과 두께, 그리고 조이너의 형태 및 결합방법은 메이커에 따라 다릅니다. 따라서 양사의 선로를 단순하게 섞어 사용하는 것은 물리적으로 불가능합니다. 그러나 두 시스템에 대해 잘 알고있는 사람이라면 KATO에서 발매되는 '조인트 선로 "라는 것을 사용하여 연결이 가능하다는 것은 알고 있습니다.

* KATO 20-045 조인트선로 62mm. 사진 좌측은 KATO 유니트랙 조이너형태, 우측은 TOMIX 파인트랙 조이너 혹은 플렉시블 트랙 등 플라스틱 조이너 없이 클립형 금속 조이너로만 선로가 결합하는 방식을 사용하는 트랙류 들은 모두 본 조인트 선로로 KATO제품과 호환 가능하다. 다만 제 3업체 제품을 사용할 경우, 도상이 없는 경우가 많으므로 코르크 베이스나 스티로폼, 혹은 포맥스 등으로 가상의 도상을 만들어 단차를 조정해야 함은 필수.

반대 극성끼리 선로를 겹치면 쇼트(단락)된다.

컨트롤러를 켜면 레일에 전기가 흐르기 때문에, 드라이버 같은 금속 도체를 선로에 떨어 뜨려서 좌우 레일이 서로 닿으면 쇼트됩니다. 이렇게되면 보통은 기관차는 주행을 멈추고, 컨트롤러의 안전 장치가 작동하여 전류가 차단됩니다.

그러나 선로를 연결 한 것만으로도 쇼트되어 버리는 경우가 있습니다. 아래 그림을 보세요. 피더로부터 시계 방향으로 살펴보면 플러스 레일(빨간색)이 한 바퀴 돌아서 마이너스 레일(파란색)에 연결되어 버리는데, 이러한 경우 쇼트됩니다.

이런 경우는 쇼트 될 수 있는 선로에 무통전 조이너 등의 '절연구간'을 만들고 그 경계로 반대 극성의 전기가 전달되지 않도록 합니다. 이런 선로 배치를 "리버스 선"이라고 합니다만, 배선뿐만 아니라 운전 모두 어려워지므로 처음 철도모형을 하는 분께는 권하지 않습니다(컨트롤러 두 대, 절연구간을 두 군데 설정해서 구간별로 따로 운전하는 방법이 가장 쉬움. 본선 운전용 컨트롤러는 절연구간 바깥에, 회전구간용 컨트롤러는 절연구간 안쪽에 놓으면 됨. 절연구간이 길면 일시적으로 전기가 단락되므로 갑자기 차량이 멈출수 있으므로, 반드시 일정 속도 이상으로 절연구간을 통과할 수 있도록 운전하는 것이 필요. 또한 두 컨트롤러의 출력은 동일한 속도로 절연구간을 자연스럽게  in & out 할 수 있도록 사전에 충분히 검토해야 함). 자세하게 알고 싶은 분은 "리버스 선 갭" 등으로 구글링 해 보거나 다양한 분들의 레이아웃 예를 참고하여 보십시오.

한 선로에 제어 할 수있는 열차는 한 대 뿐

하나의 선로 위에 두 종류의 열차를 앞뒤로 나란히 배치했다고 가정합시다. 여기에서 선행 열차만 움직이고 싶습니다. 컨트롤러를 사용하면 하나의 선로에 두 기관차 모두 전류가 흐르고, 두 열차가 동시에 움직이기 시작합니다. 각 차량의 동력차간 속도에는 미세하게 차이가 있으므로, 그 중 어느 한쪽이 반드시 상대편에게 따라 잡히거나 따라잡아서 마지막에는 추돌합니다. 특별한 장치(다양한 주파수 신호를 통해 차량별 개별 작동이 가능한 DCC 시스템, 혹은 토믹스의 TNOS와 같이 구간별 주요지점에 센서와 절연구간을 설치해서 운용하는 구간운전 등)을 사용하는 경우를 제외하고, 하나의 선로에서 한 번에 조작 할 수있는 것은 하나의 열차뿐입니다.

(* 그림의 회색문장 해석: 전기적으로 연결되어 있는 1개의 선로상에는, 어느쪽의 열차에도 전기가 흘러서, 한번에 움직여 버림.)

한편, 기관차 2량 이상이 한 편성을 끄는 "중련"의 경우는, 복수의 기관차가 한 편성에 묶여서 똑같은 속도로 움직인다고 봐도 좋기 때문에 하나의 컨트롤러를 사용해도 됩니다. 기관차 간 속도에 개체 차이가 있더라도, 연결하여 주행을 시키면 서로 약간의 부하가 걸릴 뿐입니다만, 되도록이면 비슷한 속도와 출력의 기관차로 맞추어 주는 것이 좋습니다. 그러나 컨트롤러의 최대 출력이 낮은 것을 사용하면 여러 개의 모터를 움직이는 데 필요한 전류가 부족하므로, 움직임이 느려지거나 출력이 오버해서 컨트롤러의 안전 장치가 가동하여 작동이 멈추는 경우가 있습니다(여기에 부가적으로 포인트 선로나, 신호등이나, 객차에 조명을 사용할 경우 총 출력은 더 떨어짐. 따라서 가능하면 초반에 1.0A이상의 고용량 컨트롤러를 구매하여 사용하는 것을 권장함).

포인트 선로를 사용하면 열차 두 대를 교대로 운전할 수있다.

앞서 언급한 대로 열차 두 편성을 같은 선로에서 동시에 서로 다른 속도로 움직일 수는 없지만, 한 편성씩 교대로 운전할 수는 있습니다. 바로 포인트 선로를 이용하여 인입선/대피선을 만들어서 열차 두 편성을 각각 두고 피더선은 본선에 연결합니다. TOMIX와 KATO(고정식 선로 제외) 포인트 선로는 변경 방향으로만 선택적으로 전류가 흐르도록 할 수 있습니다(* 포인트 선로에 대해서는 뒤에서 다시 자세히 설명할 예정입니다).

위 그림에서 포인트가 본선으로 전환 된 경우에는 본선의 편성이, 포인트를 분기선으로 바꾸면 아래 분기선에 위치한 편성만이 움직이기 시작합니다. 이 때도 전류는 언제든지 본선에 공급되어야 하므로 피더는 포인트의 바깥쪽에 설치해야 합니다. 만약 왼쪽의 분기 안쪽 선로에 피더를 붙여 버리면, 포인트를 직선 측으로 전환 할 때 전류가 어디에도 흐르지 않게되어 버립니다.