Kararkteristik elektrikal atau mekanikal dapat menginduksikan potensial elektrikal (voltase) pada rotor mesin yang berputar. Jika tegangan ini tidak dikelola, jika sistem mitigasi voltase (biasanya sikat grounding poros) gagal beroperasi dengan baik karena kurang pemeliharaan, voltase akan mencari lintasan alternatif ke ground. Lintasannya adalah komponen metal – biasanya bantalan atau perapat seal – yang terdekat ke poros). Busur listrik ke komponen ketika tegangan dilepas disebut dengan electrostatic discharge. Busur listrik akan mengikis permukaan metal dan membuka celah yang rapat, dan komponen ini tergantung pada operasi yang baik. Jika tidak diketahui, electrostatic discharge ini akan merusak bantalan dan perapat seal secara perlahan-lahan, merubah kedinamisan rotor, dan akhirnya merusak poros sehingga memerlukan perbaikan yang mahal.
Pemeriksaan dan pemeliharaan yang baik pada sistem mitigasi tegangan ini dan pemantauan dinamika padat mengatasi masalah ini.
Gambar 47. Electrostatic Discharge pada rotor turbin uap
1.5.1 Lapisan film bantalan
(Fluid-Film Bearing Machines)Pada pengoperasian turbine generator (STG), setidaknya ada tiga kemungkinan sumber tegangan antara poros dengan grounding:
1) Tegangan lup elektromagnetik karena lintasan magnetik generator tidak simetris yang menciptakan potensi listrik antara kedua ujung poros generator
2) Muatan statis bisa terjadi dari tetesan air yang terlempar dari sudu pada tingkat turbin yang basah
3) Suatu tegangan kapasitif karena riak (ripple) pada tegangan medan DC dapat menghasilkan tegangan dari poros ke ground.
.
Tegangan ini harus diperhitungkan ketika mendesain turbin. Bantalan pada salah satu ujung poros generator biasanya diisolasi agar terjadi suatu sirkuit terbuka dan menegah tegangan lup elektromagnetik (itulah sebabnya perhatian khusus harus dilakukan untuk menjamin sifat isolasinya terjaga kapan saja instrumentasi dipasang pada bantalan yang terisolasi). Tegangan antara poros dan ground, karena muatan statis atau riak tegangan DC, dapat dimitigasi dengan memasang sikat grounding yang dihubungkan ke poros dekat bantalan yang tidak terisolasi. Sikat ini menjaga tegangan poros ke ground pada level yang aman denganmembocorkan arusnya ke tanah sehingga menyebabkan tegangan sumber melemah dan hilang.
1.5.2 Elemen berputar bantalan
Mekanisma serupa pada kerusakan terjadi pada elemen berputar bantalan motor yang dikontrol dengan putaran bervariasi. Sistem ini mensimulasi tenaga tiga fasa dengan menciptakan serangkaian seri pulsa tegangan yang hanya mendekati bentuk gelombang sinusoidal yang halus setiap fasa.
Karena kekasaran bentuk PWM (pulse width modulate) mencegahnya dari penjumlahan secara vektor ke nol pada setiap saat yang diberikan, suatu tegangan mode umum (“common mode voltage”) relatif ke ground tercipta. Tegangan mode umum ini dapat membangkitkan arus bantalan setidaknya dengan tiga cara:
1) Celah udara antara rotor dan stator beraksi seperti capacitor yang secara berkala melepas muatan ketika komponen batalan terhubung (contact). Hal ini menjadi penyebab utama kerusakan bantalan.
2) Suatu fenomena lain menyebabkan arus mengalir ketika impedansi bantalan aktif sangat rendah, dan bantalan menjadi lintasan ke ground karena kapasitansi kumparan parasitik. 3) Suatu efek induktif menyebabkan arus bersirkulasi melalui batalan, poros dan stator
ketika impedansisirkuit ini rendah. Teknik mitigasi untuk situasi ini apakah memblok arus bantalan atau menyediakan lintasan impedansi rendah ke ground. Teknik ini meliputi sikat grounding poros, insulasi bantalan, elemen roliing keramik atau minyak gemuk (grease) konduktif, suatu perisai (shield) Faraday, dan inverter dual-bridge yang menyeimbangkan eksitasi motor.
1.5.3 Failure Mechanisms
Adakalanya, insulasi atau sikat grounding aur/rusak menjadi tidak efektif, menyebabkan arus besar mengalir melalui bantalan. Pada bantalan luncur (journal bearing) dengan lapisan film minyak pelumas, hal ini dapat menyebabkan electrostatic discharge melalui film minyak, mengakibatkan metal babbitth mencairnya denga luasan kecil. Discharge yang kontinyu dengandurasi waktu tertentu menyebabkanerosi pitting, terlihat seperti permukaan bantalan yang membeku, dan akhirnya bantalan terhapus.
Jika masalah ini terjadi tanpa diketahui cukup lama, permukaan poros pada bantalan menjadi berbintik-bintik dan permukaan ini harus diperbaiki. Akibatnya operasi turbin harus dihentikan dan dibongkar untuk perbaikan poros di pabrik. Dalam beberapa hal, poros memerlukan degaussing untuk menghilangkan kemagnetan tersisa yang masih tinggi.
Bintik pitting serupa juga terjadi pada elemen bantalan rol. Pada tahap awal, lintasan (race) bantalan mengalami satiny finish (permukaan seperti kainsatin) yang merata. Pada tahap selanjutnya, muncul alur dalam yang merata pada lintasan luar bantalan. Pengaluran ini terlihat
1.5.4 Pendeteksian
Pada bantalan luncur, electrostatic discharge mengakibatkan erosi bantalan dan dapat diamati dari perubahan celah bantalan (bearing clearance). Untuk turbin yang dilengkapi sensor proximity, hal ini dapat dimonitor melalui tegangan dari sensor, jika celah bantalan membuka, tegangan celah akan merubah. Oleh karena itu, hal berikut dianjurkan untuk dimonitor dalam praktek:
1) Buat alarm untuk celah pada sistem monitoring.
2) Secara teratur periksa letak (plot) garis tengah (centerline) poros dan tren teganagn celah, menggunakan tool diagnostic dan trending
Beberapa turbin memiliki instrumen pengukuran tegangan dan arus pada sirkuit sikat groundingnya yang akan memberi alarm dan nilai harga terukurnya.
Untuk bantalan gelinding, transduser seismic digunakan untuk membuat tren level vibrasi bantalan. Pada tahap lebih lanjut pitting pada alur lintasan luar, level vibrasi yang lebih tinggi dapat dideteksi. Bagaimanapun, electrostatic discharge sulit dibedakan dari masalah bantalan gelinding lainnya jika hanya berdasarkan pemeriksaan sinyal vibrasi. Umumnya, inspeksi visual diperlukan setelah gangguan untuk memastikan akar penyebabnya.
Ringkasnya, electrostatic discharge menyebabkan bantalan dan poros rusak ketika arus listrik mengalir melalui bidang bantalan pada lintasan arus dari poros ke ground, atau ketika bersirkulasi melalui komponen berlutar dan diam. Kerusakan ini selalu terjadi tanpa terdiagnosa karena gejalanya yang halus dan efekyang perlahan, dan karena ini adalah fenomena elektrikal yang bekasnya sendiri seperti kerusakan mekanikal. Bahkan mesin non elektrikal seperti turbin dan gear box rentan terkena/mengalami karena gerakan berputar dapat menginduksi teganganpada poros tanpa adanya generator. Meskipun pemeliharaan sikat dan insulator yang baik merupakan langkah terdepan, kerusakan dapat terjadi antara interval pemeliharaan daninspeksi. Idealnya, disiapkan instrumen yang langsung mengukur tegangan dan arus pada sistem mitigasi tegangan. Bagaimanapun, jika tidak, suatu sistem monitoring vibrasi yang diatur dengan baik dapat juga mendeteksi electrostatic discharge dan memungkinkan intervensi yang tepat waktunya sebelum kerusakan bantalan, poros dan perapat terjadi.