工业UPS和商业UPS的区别

• 关键词： UPS 工业UPS 商业UPS
• 摘要：本文从五个方面来对工业UPS和商业UPS做一下区分和对比。

　　不间断电源系统(以下简称：UPS)是为关键的设备提供稳定，不间断的电能，在商业和工业应用中，越来越多的重要关键设备依赖于UPS保证电源和数据的连续不间断。

　　根据统计，每10个UPS系统中大约有8个UPS系统(80%)为信息科技应用而设计。所以很多人对UPS有一个错误的认识，认为UPS是计算机信息系统的附属设备，是专门用来保护IT设备的；而所谓的工业UPS是一个技术落后、被边缘化的产品，工业UPS是一些厂家炒作出来的名称或概念。这种认识是片面的。UPS作为不间断保护电源，其作用不仅仅是保护计算机IT设备或信息数据，它的应用非常广泛。

　　其实，UPS在工业领域(非IT领域)的应用比比皆是。正是由于UPS在这些非IT领域的广泛应用，UPS技术和众多UPS厂商才得以提高和发展，保持持续向上的生命力。这块蛋糕正在越做越大，竞争也日趋激烈。

　　选用商业级UPS，还是选用工业级UPS，需要综合考虑很多因素。首先因素就是高可靠性。高可靠性是以系统的设计、工艺、配置来休现的。工业级UPS，元器件选型采用工业级甚至是军品级，对关键元器件留有充分的冗余度，来加强系统的抗冲击力性能。其次，对工业环境的超强适应性、产品的较长设计寿命等也是工业级UPS的优势之一。

　　我们从以下五个方面来对工业UPS和商业UPS做一下区分和对比。

　　1.根据UPS的应用领域来区分工业和商业UPS

　　对大多数工业UPS用户来说识别商业机和工业机的关键区别是非常困难的。商业UPS和工业UPS主要是从UPS的应用领域来划分的。

　　一般说来，在线式UPS系统大概可分成三个主要的应用领域：

　　(1)信息技术(IT)：

　　商业UPS已经与信息技术(IT)紧密融合在一起，信息技术的UPS设备的招标规格不需要特殊的技术要求。电信、银行、保险公司和大型企业的数据中心是典型商业UPS应用的例子。在这些应用中，交流电源的中断可能会导致数据处理和电讯传输的中断，但通常不会造成对人或财产的直接的伤害。

　　(2)关键的程序或过程控制：

　　数十年以来，工业UPS系统对关键的程序或过程控制应用的设计和应用，已经积累了丰富的经验。在这些领域的应用中，负载端的交流电源的中断或不稳定，可能造成危险的化学过程不稳定性故障，或者造成对生产系统甚至周边环境的巨大的破坏。石化合成物和电力发电站是使用化学或蒸汽加工操作的典型例子。这种加工过程如果控制电源中断了，就会发生危险。由于来自控制电源所的可能产生的风险和损失巨大，必须面对工业环境的应用设计专门的UPS系统，并且比商业机有更加严格的性能测试。

　　例如：核电厂核级UPS需要通过核级认证，欧盟有RCC-E标准，中国有核安全合格供应商认证。

　　RCCE标准明确要求UPS可在地震荷载下安全工作。

　　海上平台UPS需要通过船级认证。如中国的CCS，美国的ABS，挪威的DNV，法国的BV，英国的LR等。船级认证标准对倾摇、振动、高低温和盐雾试验有明确要求。

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　　(3)普通的程序或过程控制：

　　我们把这中间部分的应用称为轻工业。即使交流电源在处理操作中被中断，这些应用类型也没有致命的危险。在这些过程中，UPS的故障或不稳定，可能会导致成品的损失或者重新安排产品设备的数百人工小时。药品和食物饮料工业将会是轻工业类型的例子。在这些领域，工业UPS系统的高可靠性，将有效避免上述情况。当然由于商业UPS的普及性，在这些领域也有应用。

　　根据上面的分析，我们把UPS的应用领域做如下图示(图1)。相对于商业UPS，工业UPS是为了满足不间断供电的客户需求和特殊的应用环境而产生的。

　　2.根据UPS的技术类型来区分工业和商业UPS：

　　商业UPS的负载多为需要交流电源的IT设备，所以其产品类型为典型的交流输出UPS，包括后备式，在线互动式和双变换在线式，都有应用。在电信领域有广泛应用的通信电源(高频开关整流器)，也可以理解为商业UPS范畴。

　　工业UPS的产品概念更为广义，既包括交流输出UPS，也包括了直流输出的DCUPS，甚至是多种产品类型的组合。在不同的工业领域，ACUPS和DCUPS所占的比重是不一样的，具体见图2。

　　即使是ACUPS，工业UPS的技术也多为传统的可控硅整流+IGBT逆变器的技术结构。这种传统的双变换在线式的UPS的高可靠性，普遍得到工业客户的认可。

　　3.根据UPS的生产厂家来区分工业和商业UPS：

　　工业UPS和商业UPS的应用领域是不同的，各UPS厂家基于发展历史、市场策略、技术优势等原因，到现在也基本形成了工业和商业两极分立的局面。

　　在商业UPS市场中，UPS品牌众多，竞争激烈；在工业UPS市场中，市场容量相对较小，基本由几个品牌占据了大半份额。这些品牌有EMERSON/CHLORIDE、AEG、GUTOR、AMETEK、BENNING等，它们专注于工业领域达五十年以上，积累了丰富的专业经验和工程经验，得到了客户的广泛认可。

　　4.工业UPS和商业UPS的产品配置的对比：

　　我们从客户需求角度，来详细看一下工业UPS是如何满足客户需求的，从中也可以对比出它与商业UPS的不同之处。

客户需求CHLORIDE工业解决方案

　　1)机械结构：受顶部吊装，0.5g到5g的抗震能力，柜体高度客户定制整体型钢结构设计

　　两种钢结构柜体：抗地震柜和通用柜20多种柜体尺寸

　　2)电池/充电器

　　铅酸电池或镍镉电池，更长的后备时间，电池电压可选多种可选的电池电压等级，100多种充电器容量可选，充电器为分立组件，可独立成柜

　　3)逆变器

　　单相输出或三相输出，短路承受能力强，逆变器要适应不同的电池电压等级150种的逆变器容量等级，逆变器为分立组件，可独立成柜

　　4)静态开关

　　2组静态开关(必须)

　　过载能力强，可组合为单旁路、共用旁路或双旁路并联等多种形式40种静态旁路容量等级，静态开关可通过分立柜实现物理隔离(共用旁路型)

　　5)冷却方式

　　自然冷却，强制风冷n+1风扇冗余，强制风冷1+1风扇冗余特殊设计的风扇组件实现冗余冷却

　　6)电气隔离

　　输入隔离，输出隔离(必须)，3相或1相，标准或非标电压等级5000多种变压器型号(输入，输出，旁路)，其中90种变压器设计已经能满足90%的需求

　　7)输入和输出保护

　　熔断器、隔离开关、断路器保护，承受kA级的短路电流，脱扣曲线按需可选多达4000个输入和输出保护

　　8)人机交互和通讯

　　继电器干接点/PLC，多种通讯协议可选(Modbus、Profibus、DF1…)，可视化操作和指示，客户定制的报警信息4000小时/年的工程设计研发能力，在客户SCADA系统基础上的可定制通讯方案

　　9)电气控制

　　适应不同的DC直流电压(48至500Vdc)，数字控制，模拟控制(核级)500多种PCB，其中80种已经能满足90%的需求，核电应用产品需要模拟控制技术以满足核级鉴定要求

　　10)旁路要求

　　旁路并联配置，电气隔离/稳压调节，输出电压范围宽，旋转型手动旁路开关50种旁路柜配置

　　11)IP防护等级和钣金要求

　　IP21至IP54+防爆设计，钣金厚度要求，柜体颜色要求多样(柜内和柜外)，漆层厚度要求(50to300μm)标准设计，IP等级根据要求可定制，300种柜体选件，其中100种已经能满足80%的需求

　　12)附件50种附件选件，涵盖：电池类型和电池柜/架，电池智能管理BMS，配电柜，稳压器，电池防爆开关，项目管理，基于工业需求的多样性和应用环境的复杂性，工业UPS可按需订制是其重要特点之一。

　　5.工业UPS和商业UPS的技术对比：

　　客户需求对比项目客户需求，Commercial商业UPSBattery电池Industrial工业UPS，24–48hrs电池回充时间(to90%)8hrs–15hrs，10min–1h30min后备时间30min–10hmin，5/7(10年以下)(VRLA)电池寿命10年(VRLA)–20年(NiCd)，90%放电深度60–80%，UPSelectricalfeatures电气特性，ACUPS类型AC和DC，0-10kVA单相输出UPS容量0-160kVA，0-800kVA3相输出UPS容量0-500kVA，静态开关损坏负载故障恢复逆变器和静态开关特殊设计能承受最坏的负载情况，正面维护，客户不要求输入/输出隔离变压器客户要求/必选配置，整合在UPS一体柜内旁路开关单独的旁路输入连接，可装在独立的柜体内实现物理分隔，不可选DC直流电压可选可选/可定制，数量固定干接点数量可选，可定制，UPSdesignfeatures设计5–7年设备运行寿命15–30年，仅型式试验设备测试100%测试，定制测试项目，FAT，　　　　UPSenvironmentalfeatures环境适应，25–35°C运行环境温度0–55°C，10–55%相对湿度10–98%，IP20àIP31防护等级(IP等级)IP20àIP54，标准结构设计加强的结构设计，钢板厚度2mm以上，经受承重、起吊、撞击、振动、地震等试验

　　Services服务

　　不需要项目管理，客户确认图纸设备和文件交付计划，项目管理，标准的操作说明书文件交付客户定制文件且需要客户审核确认，厂家服务工程师售后服务能力厂家服务工程师+客户的维护工程师+培训

　　通常5–10年

　　(产品寿命周期)备品备件15–25年的备件支持能力

　　5.1关于UPS的应用环境和使用寿命：

　　许多工业UPS环境，尤其是在某些发电应用中，可能是在较高环境温度条件下(>30摄氏度)和空气中的微粒污染物的场合。所以要求工业UPS，能在大量非传导性的灰尘和较高的环境温度下正常工作。至少在40摄氏度的环境温度下正常工作，有些场合甚至要求50~55摄氏度的设计。

　　相反，普通商业UPS的应用环境几乎总是控制在30℃以内，并且保持非常干净。任何UPS系统的寿命都会在高温度环境下降低，最易受到高温环境影响的UPS的关键部件是内部UPS部件(如直流电容)和蓄电池。在高温环境下可能会使他们的寿命缩短，除非选择高温电容器。

　　在商业UPS应用中，UPS应用商可能不会要求UPS有较长的使用寿命。但是在关键处理控制中，通常要求UPS要有15-20年的寿命。工业UPS系统有内置的设计边际，来保证实际的运行寿命达到客户要求。除此之外，工业UPS设备也会有预见性的零部件更换计划，来确保UPS在较高的平均无故障运行时间超过整个15-20年。

　　5.2关于UPS电池&充电器：

　　一般来说，商业UPS的电池后备时间不像在工业应用中那样长，通常在10-30分钟左右，充电容量不需要进行增容设计。UPS电池充电器一般设计为能把15-30分钟后备时间的铅酸电池，在8-10小时内回充到95%的容量。

　　与商业UPS相比，在工业应用中，充电容量必须有更高的能力，因为电池后备时间能从60分钟到8小时或者更多，这就要求UPS系统的充电器里有足够的电池回充能力。在工业应用中，很多情况下选用后备时间为4-8小时的电池配置。

　　在工业UPS领域，为了更好的适应高、低温恶劣环境需求，镍镉电池也被广泛应用，工业UPS的充电器除了满足铅酸电池之外，还需要满足镍镉电池的充放电特性。