Schalteingänge S1 - S4 beim Shelly 4Pro

Zum Abschluss meiner Beschäftigung mit dem Shelly 4Pro habe ich mal die vier Schalteingänge unter die Lupe genommen. Die Eingangsbeschaltung sieht so aus (es wurde nur eine der 4 Klemmen dargestellt, N‘ ist gemeinsam):

pasted-from-clipboard.jpg

Die 5 Klemmen bilden eine, vom Rest des Shelly 4Pro galvanisch getrennte Einheit. Daher habe ich die Klemme N‘ absichtlich mit einem Apostroph versehen - sie ist nicht mit der Klemme N auf der oberen Schaltleiste verbunden. Der Optokoppler TLP291-4 ist mit einer Isolationsspannung von 2,5 kV spezifiziert; alle Abstände auf der LP für diesen Schaltungsteil sind ausreichend bemessen. Die Widerstände für den Spannungsteiler am LED-Eingang des Optokoppler-Arrays sind 4 in Serie geschaltete SMD-Widerstände, damit die erforderliche Spannungsfestigkeit erreicht wird.

Damit wäre es möglich,

(a) die Schalteingänge aus verschiedenen Phasen zu speisen, oder

(b) durch Veränderung der Widerstandswerte die Schalteingänge an Kleinspannung anzupassen. Dies erfordert allerdings SMD-Lötkenntnisse.

Die LED des Optokoppler-Arrays sind bis max. 50 mA If spezifiziert und scheinen recht empfindlich zu sein: Mit den Widerstandswerten für 230V AC fließen keine 2 mA pp! Damit würde sogar ein RCD-Schalter nicht ansprechen, falls man (verbotenerweise) zwei Phasen aus unterschiedlichen Sicherungsbereichen aufschaltete.

Die Ansteuerung mit Gleichstrom sollte ebenfalls kein Problem darstellen, sofern man Plus an S1-4 legt.

...noch schöner wäre gewesen, statt 5 Klemmen 8 zu verbauen, damit je Optokoppler getrennte Eingangsbeschaltungen mögliuch wären. Platz wäre noch vorhanden gewesen...

Zur Klärung der (bislang ungestellten) Frage, ob - neben dem Shelly 1 - auch der Shelly 4Pro in "gemischten" Schaltungen, d.h. mit einem Netz- und einem Kleinspannungsteil betrieben werden kann, einige Gedanken:

(a) Es konnte gezeigt werden, daß der Sensorik-Bereich des 4Pro vom Aktoren-Bereich galvanisch getrennt ist. Daher kann der 4Pro in der angegeben Weise betrieben werden. Mit einer Einschränkung: Alle Sensoren müssen auf einer Spannungsebene liegen! Es dürfen somit nicht z.B. der Schalteingang S1 mit Kleinspannung und der Schalteingang S4 mit Netzspannung betrieben werden!

(b) Die wichtigere Frage bleibt: Darf der 4Pro auch so betrieben werden?

Das ist von folgenden Aspekten abhängig:

(b1) Zulassung der sicherheitsrelevanten Bauteile

(b2) Einhaltung der Sicherheitsabstände und Kriechstrecken

(b3) Zulassung der Baugruppe Shelly 4Pro

Punkt (b1) ist nach einem Blick in das Datenblatt des TLP291-4 zu bestätigen. Das Optokoppler-Array bildet ja die Schnittstelle zwischen den beiden Spannungsbereichen und stellt damit das sicherheitsrelevante Bauteil dar. Hier ein Auszug aus dem Datenblatt:

image1c.jpeg

(Quellenangabe: Datenblatt der Fa. Toshiba)

Zulassungen für den Baustein liegen somit vor. Ob Alterco das IC mit der für die VDE-Zulassung relevanten Option "V4" einsetzt, darf bezweifelt werden, denn m.W. hat der Shellx 4Pro keine VDE-Zulassung.

Punkt (b2) kann ich nur qualitativ beantworten. Hier die Sicherheitsabstände auf der Oberseite der Leiterplatte:

LP-Oberseite.jpg

...und auf der Unterseite:

LP-Unterseite.jpg

Das sieht recht gut aus. Nur eine Stelle ist unsichtbar: Wie sieht es unter dem SMD-Bauteil TLP291-4 aus? Das Datenblatt hat eine Ansicht der Lötpads:

TLP291-4.jpg

(Quellenangabe: Datenblatt der Fa. Toshiba, Link siehe oben)

Diesen Auszug aus dem Datenblatt habe ich um die Leiterbahn ergänzt, die von den IC-Anschlüssen 2, 4, 6 und 8 zur Klemme N' führt (hier ist nur die Verbindung zu Pin 8 dargestellt.) Mit dieser Leiterbahn wird leider der verfügbare Sicherheitsabstand von 5mm geschmälert! Weil die Geometrie unter dem IC nicht einsehbar ist, kann der verbleibende Sicherheitsabstand nur geschätzt werden - es werden wohl 2,5 bis 3mm verbleiben...

Der eigentliche "springende Punkt" ist jedoch die Frage der Zulassung (b3): Wurde der Shelly 4Pro überhaupt einer Zulassungsprüfung unterzogen? Auf dem Hutschienengehäuse sehe ich lediglich ein "CE"-Zeichen. Und bei uns in D ist es so, daß alles verboten ist, was nicht ausdrücklich erlaubt ist...

Hier enden meine Gedanken. Die Frage, ob man "darf", bleibt offen...

Habe mir eben die CE-Konformitätserklärung des Shelly 4Pro angesehen, die im Bereich „Filebase“ auf dieser Website verfügbar ist. Daraus ist zu entnehmen, daß u.a. auch eine Sicherheitsprüfung vorgenommen wurde und Schaltungs- und Layoutunterlagen eingereicht worden sind. Damit ist auch die Frage zu (b3) beantwortet. Aus der Tatsache, daß die Entwickler Optokoppler bei den Sensorikeingängen verwendet haben, schließe ich, daß der Betrieb mit zwei Spannungsebenen vorgesehen ist - denn andernfalls wäre der Mehraufwand für die Optokoppler vergeudet!