Sabuk dan Bearing Motor Kena Listrik Statis: Penyebab Bearing Berlubang dan Cara Mencegahnya

Oleh Suhinar El · Seri Motor Academy: Listrik Dasar, Lesson 02: Listrik Statis (artikel 1 dari 6)

Bearing motor bisa rusak oleh listrik statis, dan bentuk kerusakannya khas: lubang-lubang halus di jalur bearing yang lama-lama berbaris rapi seperti papan cucian. Penyebabnya muatan yang menumpuk di poros lalu meloncat menembus lapisan tipis oli di dalam bearing. Sabuk datar yang berputar cepat adalah salah satu pembangkit muatan itu. Pencegahannya satu kalimat: sambungkan poros ke rumah bearing dengan sikat karbon atau tembaga, supaya muatan punya jalan lain yang lebih mudah daripada menembus oli.

Muatan selalu mencari jalan termudah. Tugas sikat adalah menyediakan jalan itu sebelum bearing yang jadi korban.

Sabuk Datar Bisa Memercikkan Api

Sabuk penggerak bekerja dengan cara yang sama persis seperti balon yang digosok ke rambut: dua bahan berbeda saling menempel lalu dipisahkan berulang kali.

Bedanya kecepatan. Balon digosok beberapa kali dalam sedetik, sedangkan sabuk datar yang melingkari puli bersentuhan lalu terlepas ratusan kali tiap detik, tanpa jeda, selama berjam-jam penuh sepanjang mesin itu hidup. Muatan yang terbentuk pun menumpuk jauh lebih cepat daripada yang bisa bocor keluar.

Modul pelatihan menyebut bahwa pada kondisi tertentu percikan dari sabuk datar bisa mencapai panjang sekitar satu inci. Itu angka ekstrem untuk sabuk datar lebar di ruang yang kering, bukan ukuran yang akan ditemui setiap hari, tetapi cukup untuk menunjukkan bahwa muatannya tidak main-main.

Dua akibatnya berbeda sifat. Di area yang ada uap mudah terbakar, percikan itu bahaya kebakaran, sedangkan di area biasa yang jadi korban adalah bearing dan komponen elektronik di dekatnya, dan kerusakannya berjalan pelan sampai tidak ada yang mengaitkannya dengan sabuk.

Cara Meredam Statis pada Sabuk

Ada tiga cara yang dipakai, dan ketiganya bisa digabung.

• Pelapis konduktif. Cairan atau pasta yang dioleskan ke permukaan sabuk agar muatan bisa mengalir dan tidak menumpuk. Satu hal yang sering salah: pelapis ini harus dioleskan sering, bukan sekali lalu ditinggal. Ia aus bersama permukaan sabuk, dan sabuk yang terakhir diolesi tiga bulan lalu praktis sama saja dengan sabuk yang tidak pernah diolesi.
• Sisir statis yang di-grounding. Batang logam bergigi runcing yang dipasang sedekat mungkin dengan permukaan sabuk, tidak menyentuh, lalu dihubungkan ke bumi. Muatan akan terkumpul di ujung-ujung runcing dan mengalir keluar.
• Sabuk antistatik. Sabuk yang bahannya sendiri sudah dibuat sedikit menghantar, sehingga muatan bocor selagi terbentuk. Paling mahal di awal, paling sedikit perawatan setelahnya.

Untuk bengkel motor listrik, sabuk datar sudah jarang dipakai pada mesin produksi. Tetapi ia masih sering ditemui di mesin lama, di blower, dan di beberapa peralatan uji, dan di situlah masalahnya masih hidup.

Bagaimana Bearing Bisa Rusak

Bagian ini yang paling dekat dengan pekerjaan sehari-hari.

Di dalam bearing yang sehat, bola baja tidak benar-benar menyentuh jalurnya, melainkan mengambang di atas lapisan pelumas setebal beberapa mikron saja, dan lapisan setipis itu sudah cukup untuk menjaga kedua permukaan logam agar tidak pernah bertemu langsung.

Lapisan oli juga berfungsi sebagai penyekat listrik. Selama tegangan antara poros dan rumah bearing kecil, tidak ada apa-apa yang terjadi. Tetapi kalau muatan menumpuk sampai tegangannya cukup besar, muatan itu akan menembus lapisan oli dan meloncat sebagai percikan mikroskopis.

Setiap loncatan melelehkan titik kecil pada permukaan baja, lalu titik itu membeku kembali dan menyisakan lubang halus. Satu lubang tidak berarti apa-apa. Masalahnya jumlahnya.

Perkembangan kerusakannya bertahap dan punya nama masing-masing:

Tahap	Tampilan jalur bearing	Gejala yang terdengar atau terukur
Awal (frosting)	Permukaan buram seperti bekas disemprot pasir	Belum terasa, baru ketahuan saat bearing dibongkar
Menengah (pitting)	Lubang-lubang halus tersebar	Suara mendesis halus, getaran mulai naik
Lanjut (fluting)	Lubang berbaris rapi membentuk alur melintang seperti papan cucian	Bunyi berdengung atau mengaum, getaran jelas naik
Akhir	Jalur rusak, pelumas menghitam	Panas, berisik, bearing jebol jauh sebelum umur rancangannya

Istilah fluting itulah yang paling khas. Kalau sebuah jalur bearing dibuka dan terlihat alur melintang berjarak rapi seperti garis-garis papan cucian, penyebabnya hampir pasti listrik, bukan beban mekanis.

Solusi: Sikat Karbon atau Tembaga

Pencegahannya tidak rumit. Kalau muatan di poros diberi jalan keluar yang hambatannya jauh lebih kecil daripada menembus lapisan oli, ia akan memilih jalan itu, dan bearing lolos tanpa perlu diapa-apakan sama sekali.

Jalan itu berupa sikat yang menempel pada poros dan terhubung ke rumah bearing atau ke rangka motor. Bahannya karbon atau tembaga, dan pemasangannya sama seperti memasang sikat pada motor DC: ditahan pegas supaya selalu menempel meski ada sedikit goyangan poros.

Beberapa hal yang menentukan berhasil atau tidaknya:

• Permukaan kontak harus bersih. Poros berkarat, berminyak, atau bercat membuat sikat kehilangan gunanya. Area tempat sikat menempel biasanya perlu dihaluskan dulu.
• Sambungan ke rangka harus pendek dan kencang. Kabel panjang berliku dan klem longgar menambah hambatan, dan hambatan yang bertambah berarti sebagian muatan kembali memilih lewat bearing.
• Sikat ikut aus. Ia barang habis pakai, jadi perlu masuk daftar pemeriksaan berkala bersama komponen aus lainnya.

Alur rapi berjarak sama di sebelah kanan adalah tanda khas. Beban mekanis tidak pernah membuat pola seteratur itu.

Perluasan: Arus Poros pada Motor yang Diatur Inverter

Bagian ini di luar modul, tetapi perlu disebut karena hampir semua motor yang masuk bengkel sekarang dijalankan dengan inverter.

Modul membahas muatan statis yang datang dari sabuk. Pada motor yang diatur inverter, ada sumber tegangan poros lain yang jauh lebih sering jadi penyebab, dan mekanismenya berbeda.

Inverter menyalakan dan mematikan tegangan DC-nya puluhan ribu kali per detik dengan tepi gelombang yang sangat curam. Jumlah tegangan ketiga fasa pada setiap saat tidak nol seperti pada jala-jala, dan selisih itu, yang disebut tegangan modus bersama, muncul antara belitan dan rangka. Melalui kapasitansi liar yang terbentuk antara belitan, inti, dan rotor, sebagian tegangan tadi menyeberang celah udara dan muncul di poros.

Yang merusak bukan frekuensi kerja motornya, melainkan kecuraman tepi penyaklaran inverter. Itu sebabnya motor yang dijalankan pada 50 Hz lewat inverter tetap berisiko, sedangkan motor yang sama kalau dijalankan langsung dari jala-jala tidak.

Standar sudah mengatur ambangnya. NEMA MG1 Part 31 menyarankan isolasi bearing mulai dipertimbangkan bila tegangan puncak poros melewati 300 milivolt. IEC TS 60034-25 membahas hal yang sama dan mengarah ke pemasangan bearing terisolasi di sisi non-penggerak untuk memutus jalur arus yang bersirkulasi.

Penanganannya ada tiga jenis, dan di lapangan sering dipasang berbarengan:

Cara	Yang dilakukan	Catatan pemasangan
Cincin grounding poros	Memberi jalur berhambatan rendah dari poros ke rangka lewat serat halus konduktif	Biasanya di sisi non-penggerak
Bearing terisolasi	Lapisan keramik pada cincin, atau bola keramik pada bearing hibrida	Umumnya satu sisi saja, dan sebaiknya dipasangkan dengan cincin grounding
Filter keluaran inverter	Memperlandai kecuraman tepi tegangan, misalnya filter dv/dt atau reaktor keluaran	Menangani sumbernya, bukan akibatnya

Satu jebakan yang perlu diingat: mengisolasi bearing di satu sisi saja tanpa menangani sumbernya bisa mendorong arus pindah ke bearing sisi yang satunya. Yang tadinya rusak satu bisa jadi rusak yang lain, dan pemiliknya merasa perbaikan kemarin tidak ada gunanya.

Tanda Bearing Kena Pitting

Beberapa tanda yang bisa dipakai sebelum bearing dibongkar:

• Bunyi. Dengungan atau auman yang nadanya berubah mengikuti putaran, berbeda dari derak kasar bearing yang kurang pelumas.
• Getaran. Naik pada frekuensi lewatnya bola, dan tetap naik meski pelumasan sudah diperbaiki.
• Pelumas menghitam. Gemuk yang menghitam dan berbutir halus logam, padahal suhu kerjanya normal.
• Riwayatnya. Bearing yang jebol jauh sebelum umur rancangannya, apalagi kalau sudah dua kali berturut-turut di posisi yang sama.

Dan tanda yang paling meyakinkan tetap yang terakhir, yaitu pola alur melintang berjarak rapi di jalur bearing setelah dibongkar.

Sudut Pandang Workshop

Kerusakan bearing karena listrik itu ganjil, karena gejalanya mirip sekali dengan kerusakan karena hal lain. Suara berdengung, getaran naik, bearing panas. Tiga tanda itu muncul juga pada bearing yang kurang pelumas, pada poros yang tidak lurus, dan pada sabuk yang terlalu kencang.

Akibatnya, bengkel sering menggantinya saja tanpa bertanya lebih jauh. Motor jalan lagi, pekerjaan ditutup, dan beberapa bulan kemudian motor yang sama kembali dengan keluhan yang sama.

Satu kebiasaan yang saya tanamkan: setiap bearing yang dilepas harus dibelah dan dilihat jalurnya, bukan langsung dibuang. Memang menambah sepuluh menit kerja. Tetapi sepuluh menit itu yang membedakan antara mengganti bearing dan memperbaiki penyebabnya.

Pola yang paling sering saya temui ada dua. Pertama, motor yang dijalankan lewat inverter tanpa sikat atau cincin grounding, dan kabelnya dipasang tanpa pembumian yang rapi. Kedua, motor yang sudah dipasangi sikat poros, tetapi sikatnya habis dan tidak pernah diperiksa karena tidak ada di daftar perawatan.

Yang kedua ini justru lebih sering, dan lebih menjengkelkan, karena pencegahannya sudah dibeli dan dipasang tetapi dibiarkan mati pelan-pelan.

Satu catatan terakhir soal pemasangan. Saat memasang sikat poros, periksa juga sambungan pembumian rangka motornya. Sikat menyalurkan muatan dari poros ke rangka, dan kalau rangka itu sendiri tidak tersambung baik ke bumi, muatan cuma berpindah tempat menumpuk tanpa benar-benar keluar.

Cek Pemahaman

1. Pelapis konduktif pada sabuk harus dioleskan seberapa sering?
   Jawaban: sering, karena ia ikut aus bersama permukaan sabuk.
2. Untuk mencegah kerusakan bearing, poros dihubungkan ke rumah bearing dengan apa?
   Jawaban: sikat logam atau sikat karbon.
3. Apa nama pola kerusakan berupa alur melintang berjarak rapi di jalur bearing?
   Jawaban: fluting.
4. Apa yang ditembus muatan sehingga bearing berlubang?
   Jawaban: lapisan tipis pelumas di antara bola dan jalur bearing.
5. Menurut NEMA MG1 Part 31, pada tegangan puncak poros berapa isolasi bearing mulai dipertimbangkan?
   Jawaban: 300 milivolt.

Baca Juga

• Listrik Statis dan Bonding Grounding Saat Menuang Thinner
• Kenapa Tembaga Jadi Konduktor dan Gas Mulia Tidak?
• Muatan Listrik: Gaya Tarik-Tolak dan Cara Muatan Berpindah
• Grounding Peralatan dan Ground Fault

Ringkasan

• Sabuk datar yang berputar cepat membangkitkan muatan statis karena bersentuhan lalu terpisah berulang kali.
• Modul menyebut percikan dari sabuk datar bisa mencapai panjang sekitar satu inci pada kondisi ekstrem.
• Statis pada sabuk diredam dengan pelapis konduktif, sisir statis yang di-grounding, atau sabuk antistatik.
• Pelapis konduktif harus dioleskan sering karena ikut aus bersama permukaan sabuk.
• Muatan di poros bisa menembus lapisan pelumas bearing dan meloncat sebagai percikan mikroskopis.
• Kerusakannya bertahap dari frosting ke pitting lalu fluting berupa alur melintang berjarak rapi.
• Pencegahan utamanya menyambungkan poros ke rumah bearing dengan sikat karbon atau tembaga.
• Pada motor yang diatur inverter, sumber tegangan poros adalah tegangan modus bersama yang menyeberang lewat kapasitansi liar.
• NEMA MG1 Part 31 menyarankan isolasi bearing dipertimbangkan di atas tegangan puncak poros 300 milivolt.
• Mengisolasi satu bearing tanpa menangani sumbernya bisa memindahkan arus ke bearing sisi lain.

Pertanyaan yang Sering Muncul

Kenapa bearing motor bisa berlubang halus?

Karena muatan listrik yang menumpuk di poros menembus lapisan tipis pelumas di antara bola dan jalur bearing, lalu meloncat sebagai percikan mikroskopis yang melelehkan titik kecil pada permukaan baja. Satu loncatan tidak berarti apa-apa, tetapi karena terjadi ribuan kali per jam selama berbulan-bulan, lubang-lubang itu menumpuk sampai akhirnya membentuk alur melintang yang disebut fluting.

Apakah sabuk penggerak bisa membuat listrik statis?

Bisa, dan mekanismenya sama dengan balon yang digosok ke rambut, yaitu dua bahan berbeda yang bersentuhan lalu dipisahkan sehingga sebagian elektron berpindah. Bedanya sabuk datar yang melingkari puli bersentuhan dan terlepas ratusan kali tiap detik tanpa henti, sehingga muatan menumpuk jauh lebih cepat daripada yang sempat bocor keluar.

Bagaimana mencegah kerusakan bearing akibat statis?

Caranya dengan memberi muatan di poros sebuah jalan keluar yang hambatannya jauh lebih kecil daripada menembus lapisan oli, yaitu sikat karbon atau tembaga yang menempel pada poros dan tersambung ke rumah bearing atau rangka motor. Supaya berhasil, permukaan poros di titik kontak harus bersih dari karat dan cat, sambungan ke rangka harus pendek dan kencang, dan sikatnya perlu masuk daftar pemeriksaan berkala karena ia ikut aus.

Apa fungsi sikat karbon di poros motor?

Fungsinya menghubungkan poros yang berputar dengan rumah bearing atau rangka motor yang diam, sehingga muatan listrik di poros mengalir lewat sikat itu dan tidak perlu menembus lapisan pelumas bearing. Sikat ditahan pegas supaya tetap menempel meski ada sedikit goyangan poros, persis seperti pemasangan sikat pada motor arus searah.

Apakah motor yang dijalankan dengan inverter lebih rawan?

Ya, karena inverter menyalakan dan mematikan tegangannya puluhan ribu kali per detik dengan tepi gelombang sangat curam, dan selisih tegangan ketiga fasa yang tidak nol muncul sebagai tegangan modus bersama yang menyeberang ke poros lewat kapasitansi liar. Yang merusak adalah kecuraman tepi penyaklaran itu, bukan frekuensi kerja motornya, sehingga motor pada 50 Hz lewat inverter tetap berisiko sedangkan motor yang sama dari jala-jala langsung tidak.

Sumber

• TPC Training, Basic Electricity and Electronics, Course 201, Lesson 2, bagian Static in Belts dan Bearings (modul internal Motor Academy).
• NEMA MG1 Part 31 untuk ambang tegangan puncak poros 300 milivolt pada motor yang diberi catu dari inverter.
• IEC TS 60034-25 untuk penerapan bearing terisolasi di sisi non-penggerak guna memutus jalur arus bersirkulasi.