Diagnosis gangguan berselang: menangkap kejadian, pencatat data, memicu gejala dengan aman, sambungan longgar, panas, getaran, dan lembap

Sebuah pengering laundry hotel berhenti dengan kode kesalahan pemanasan dua atau tiga kali seminggu. Operator mereset mesin, mesin bekerja lagi, dan muatan selesai dengan waktu lebih lama. Teknisi datang pada pagi hari, menjalankan mesin, mengukur tegangan, arus elemen, dan resistansi sensor suhu. Semuanya normal. Papan kendali diganti karena dicurigai, kesalahan tetap muncul; papan kedua juga diganti, hasilnya sama.

Catatan operator ternyata menunjukkan pola yang tidak pernah dibaca: semua kesalahan terjadi setelah pukul dua siang, setelah mesin bekerja lebih dari dua jam berturut-turut. Kunjungan teknisi selalu jatuh pada pagi hari, saat mesin masih dingin. Gangguan berselang tidak muncul saat diperiksa, sehingga cara yang dipakai untuk kerusakan tetap, yaitu mengukur lalu membandingkan dengan nilai normal, tidak menemukan apa-apa. Bab ini menjelaskan cara menangkap, memicu, dan membuktikan penyebab gangguan berselang.

Batas pembahasan

Bab ini membahas gangguan yang muncul dan hilang sendiri pada mesin servis: riwayat kejadian, memori kesalahan, pencatat data dan pemicu, memicu gejala dengan aman, sambungan longgar, panas, getaran, lembap, gangguan dari pasokan, peluang menangkap kejadian, dan verifikasi perbaikan. Pekerjaan di dekat bagian bertegangan mengikuti prosedur kerja aman dan isolasi energi yang berlaku; bab ini tidak memberi izin bekerja pada rangkaian bertegangan.

Topik di sekitarnya dibahas di bab lain:

• gejala, hipotesis, dan uji pembeda di Bab 3 tentang gejala, hipotesis, dan uji pembeda;
• akar sebab dan verifikasi umum di Bab 4 tentang akar sebab, verifikasi perbaikan, dan pembelajaran kegagalan;
• metode diagnosis listrik di Bab 78 · Kelistrikan & Kendali tentang metode diagnosis gangguan listrik;
• terminal panas, RCD trip, dan tegangan rendah di Bab 80 · Kelistrikan & Kendali tentang diagnosis instalasi;
• uji resistans isolasi di Bab 17 · Kelistrikan & Kendali tentang uji resistans isolasi;
• torsi terminal dan pengawatan panel di Bab 72 · Kelistrikan & Kendali tentang perakitan dan pengawatan panel;
• termografi di Bab 21 · Fisika tentang radiasi elektromagnetik dan termal;
• distribusi eksponensial di Bab 10 tentang keandalan, MTBF, dan ketersediaan.

Mengapa gangguan berselang sulit

Gangguan berselang (intermittent fault) adalah gangguan yang muncul dan hilang sendiri, sehingga sering tidak tampak saat mesin diperiksa. Gejala berselang, terdistorsi, atau berderau lebih sulit ditemukan. Ada empat sebab:

1. Gejala hanya muncul pada keadaan tertentu: suhu, beban, getaran, kelembapan, tegangan pasokan, atau langkah program tertentu. Bila keadaan itu tidak ada saat pemeriksaan, semua nilai terlihat normal.
2. Pemeriksaan mengubah keadaan. Membuka panel mendinginkan komponen, menyentuh kabel menggeser sambungan, dan mereset mesin menghapus jejak kejadian.
3. Penggantian bagian tampak berhasil untuk sementara. Bila gangguan muncul rata-rata seminggu sekali, beberapa hari tanpa kejadian setelah penggantian tidak membuktikan apa-apa.
4. Bukti kejadian hilang. Operator mereset dan melanjutkan kerja, kode kesalahan tertimpa, dan yang tersisa hanya cerita.

Akibatnya muncul laporan "kesalahan tidak ditemukan" (no fault found) berulang kali, penggantian bagian yang mahal tanpa hasil, dan kepercayaan pelanggan yang turun. Cara yang benar adalah mengubah urutan kerja: kumpulkan pola dulu, tangkap kejadian atau picu dengan sengaja, baru ganti bagian.

Riwayat kejadian dan memori kesalahan

Langkah pertama adalah membangun riwayat kejadian dari semua yang tersedia. Manual unit reverse osmosis meminta buku catatan disimpan untuk mencatat parameter operasi; untuk gangguan berselang, catatan itu menjadi bahan utama. Setiap kejadian dicatat dengan:

1. Tanggal dan jam.
2. Kode kesalahan atau gejala yang terlihat.
3. Langkah program atau keadaan mesin saat itu: memanaskan, memutar, mengisi, membuang.
4. Lama mesin sudah bekerja sejak dingin.
5. Beban: muatan penuh atau sebagian, jumlah mesin lain yang menyala.
6. Keadaan ruang: panas, lembap, setelah hujan, setelah dibersihkan dengan air.
7. Tindakan operator: reset, matikan, buka pintu.

Dari daftar itu dicari korelasi. Pola jam menunjukkan panas atau beban gedung; pola cuaca menunjukkan lembap; pola langkah program menunjukkan bagian yang bekerja pada langkah itu; pola setelah pembersihan lantai menunjukkan air masuk ke konektor atau kotak sambung.

Memori kesalahan pengendali

Memori kesalahan (fault memory) adalah riwayat kode kesalahan yang disimpan pengendali. Pengendali elektronik umumnya menyimpan riwayat kesalahan dengan urutan, dan sebagian dengan jam atau jumlah siklus. Baca dan catat memori itu sebelum mereset atau mengganti papan. Kesalahan yang muncul bersama, misalnya kesalahan suhu dan kesalahan komunikasi pada saat yang sama, sering menunjuk penyebab bersama seperti pasokan tegangan rendah atau sambungan tanah yang buruk. Catatan dalam peraturan instalasi listrik menyebut bahwa data bertahun-tahun dapat berguna untuk analisis kecenderungan yang efektif; riwayat kesalahan beberapa bulan sering lebih berharga daripada satu kunjungan panjang.

Menangkap kejadian dengan pencatat data

Pencatat data (data logger) adalah instrumen yang merekam besaran terukur selama waktu tertentu tanpa ditunggui. Instrumen perekam memberi catatan terus-menerus tentang besaran yang diukur, dan pemilihan, pengoperasian, perawatan, dan kalibrasi berbagai jenis perekam termasuk dalam kurikulum mekanik instrumen. Untuk gangguan berselang, perekam atau pencatat data dipasang selama beberapa hari supaya kejadian tertangkap saat teknisi tidak ada.

Hal yang perlu ditetapkan sebelum memasang:

1. Besaran dan titik ukur: tegangan pasokan per fase, arus beban, tegangan sinyal sensor, suhu ruang dan suhu bagian, keadaan kontak atau keluaran pengendali. Pilih titik yang membedakan hipotesis, seperti dijelaskan di Bab 3 tentang gejala, hipotesis, dan uji pembeda.
2. Laju cuplik (sampling rate): harus cukup cepat untuk kejadian yang dicari. Kejadian singkat seperti penurunan tegangan selama beberapa puluh milidetik tidak terlihat bila pencatat hanya menyimpan rata-rata setiap detik.
3. Nilai yang disimpan: rata-rata, nilai minimum dan maksimum dalam setiap selang, atau rekaman bentuk gelombang. Penyimpanan minimum dan maksimum menangkap kejadian singkat tanpa memori besar.
4. Pemicu (trigger): rekaman rinci dimulai saat syarat tertentu terpenuhi, misalnya tegangan turun di bawah batas atau keluaran kesalahan pengendali aktif. Syarat pemicu analog dan biner dapat digabung dengan operasi DAN. Rekaman pra-pemicu (pre-trigger) menyimpan beberapa saat sebelum pemicu, sehingga terlihat apa yang terjadi lebih dulu.
5. Lama pemasangan dan memori: cukup lama untuk menangkap beberapa kejadian, dengan memori yang cukup.
6. Keselamatan pemasangan: kategori ukur dan rating probe sesuai titik ukur, kabel ukur diamankan dan dilindungi sekering bila perlu, panel ditutup kembali, dan pemasangan dicatat supaya pencatat tidak tertinggal.

Penanda waktu pencatat disamakan dengan jam pengendali mesin dan dengan catatan operator, supaya kejadian dari ketiga sumber dapat dibandingkan.

Memicu gejala dengan aman

Kadang kejadian dapat dipicu dengan sengaja, sehingga diagnosis tidak perlu menunggu berhari-hari. Cara yang umum dipakai:

1. Uji panas dan dingin. Semprotan pendingin dapat membantu menemukan gangguan termal berselang pada transistor, IC, resistor, kapasitor, dan komponen permukaan. Pemanas udara panas dipakai untuk arah sebaliknya. Bagian dipanaskan atau didinginkan satu per satu sambil fungsi diamati.
2. Uji sentuh, ketuk, dan goyang. Pada satu kasus perbaikan elektronika, ketika sebuah kapasitor disentuh, rekaman putus dan sambung. Kabel, konektor, dan papan diketuk ringan dengan alat berisolasi atau digoyang perlahan, satu bagian demi satu bagian, sambil sinyal atau fungsi diamati.
3. Uji beban dan waktu. Mesin dijalankan pada muatan penuh dan waktu panjang sampai keadaan saat kejadian tercapai.
4. Uji variasi tegangan pada rangkaian kendali yang dipasok trafo atau catu daya terpisah, dengan sumber yang dapat diatur dan dalam batas rating.

Syarat keselamatan untuk semua cara itu:

1. Uji sentuh, ketuk, dan goyang pada bagian bertegangan berbahaya hanya boleh dilakukan bila prosedur kerja yang berlaku mengizinkannya, dengan alat berisolasi dan APD yang sesuai. Bila tidak, rangkaian diisolasi dan diuji dengan cara lain, misalnya uji kontinuitas sambil kabel digoyang.
2. Semprotan pendingin dapat mengandung gas mudah terbakar dan menimbulkan embun; pakai di ruang berventilasi, jauh dari api dan bagian bertegangan tinggi, dan biarkan kering sebelum diberi tegangan.
3. Pemanasan tidak boleh melewati suhu kerja bagian dan tidak boleh diarahkan ke bahan plastik, kabel, atau cairan mudah terbakar.
4. Pengaman tidak boleh dijembatani untuk "melihat apa yang terjadi". Mesin yang berhenti karena pengaman dianggap benar sampai terbukti sebaliknya.

Kadang transistor berselang tampak normal setelah dipanasi lalu dilepas dari rangkaian. Komponen yang lulus uji di meja belum tentu baik; uji pada keadaan kerja lebih jujur.

Sambungan longgar dan resistansi kontak

Sambungan longgar adalah penyebab gangguan berselang yang paling sering. Terminasi yang buruk dan longgar menyebabkan banyak kebakaran asal listrik, dan penyebab lain terminasi longgar adalah getaran dari mesin. Sambungan solder yang buruk pada kabel ke sebuah sakelar dapat menyebabkan kerja berselang, dan kontak baterai yang kotor atau buruk dapat membuat alat tidak bekerja atau bekerja berselang.

Resistansi kontak (contact resistance) adalah resistansi pada titik dua penghantar bersentuhan di sebuah sambungan. Mekanismenya: sambungan yang kurang kencang mempunyai resistansi kontak lebih tinggi. Arus menimbulkan panas

dengan $P$ panas pada sambungan (W), $I$ arus (A), dan $R_k$ resistansi kontak (Ω). Panas memuaikan logam, sambungan bergerak, oksida terbentuk, dan resistansi naik lagi. Pada suhu tertentu kontak dapat terbuka sesaat lalu tertutup lagi saat dingin. Karena itu gangguan muncul setelah mesin bekerja lama dan hilang setelah mesin istirahat, seperti pada kasus pembuka.

Cara menemukannya:

1. Tegangan jatuh di bawah beban: ukur tegangan di kedua sisi sambungan saat arus mengalir. Sambungan yang baik hanya menunjukkan beberapa milivolt.
2. Termografi atau pengukuran suhu: sambungan yang lebih panas daripada sambungan serupa pada beban yang sama dicurigai, seperti dijelaskan di Bab 21 · Fisika tentang radiasi elektromagnetik dan termal dan Bab 80 · Kelistrikan & Kendali tentang diagnosis instalasi.
3. Pemeriksaan visual dan torsi setelah isolasi: perubahan warna, bekas panas, isolasi meleleh, ujung kabel tidak masuk penuh, ferrule salah ukuran. Terminal dikencangkan dengan torsi dari pabrik, seperti di Bab 72 · Kelistrikan & Kendali tentang perakitan dan pengawatan panel.
4. Konektor dan pin: pin yang longgar, korosi, atau terdorong mundur dari rumah konektor.

Penyebab dari lingkungan: panas, getaran, gerakan, dan lembap

Panas, getaran, dan gerakan

Panas. Komponen elektronik yang retak, sambungan solder yang lelah, dan kapasitor yang menua sering gagal hanya pada suhu tinggi. Pola waktu, seperti sore hari atau setelah mesin bekerja lama, dan pola musim menunjukkan penyebab termal. Suhu dalam panel dicatat bersama kejadian; kipas panel yang mati atau saringan udara yang tersumbat membuat suhu itu naik.

Getaran. Mesin berputar seperti washer-extractor dan pompa menggetarkan kabel, konektor, dan terminal. Gangguan yang hanya muncul pada putaran cepat atau pada beban tidak seimbang menunjuk sambungan yang bergerak bersama getaran. Getaran juga melonggarkan baut terminal sedikit demi sedikit, sehingga gangguan makin sering dari minggu ke minggu.

Gerakan. Kabel yang melewati engsel pintu, tutup, atau bagian bergerak lain mengalami tekukan berulang. Inti tembaga putus di dalam isolasi yang masih utuh, dan sambungan hanya terjadi pada posisi tertentu. Uji kontinuitas sambil pintu dibuka dan ditutup berulang kali sering menemukan kabel seperti ini.

Lembap, kondensasi, dan korosi

Kelembapan menurunkan resistansi isolasi dan membuat arus bocor lewat permukaan yang kotor. Gangguan yang muncul pagi hari, setelah hujan, atau setelah lantai dibersihkan dengan air menunjuk penyebab ini. Contohnya RCD yang trip saat mesin pertama kali dinyalakan pada pagi hari lalu bekerja normal setelah mesin panas, seperti dibahas di Bab 80 · Kelistrikan & Kendali tentang diagnosis instalasi.

Kondensasi (condensation) terjadi bila permukaan lebih dingin daripada titik embun udara di sekitarnya. Mesin yang dingin semalaman di ruang yang lembap, atau panel yang didinginkan pendingin ruangan di dekat area cuci yang panas dan lembap, dapat berembun di dalam. Uji resistans isolasi saat mesin dingin dan saat mesin panas, seperti di Bab 17 · Kelistrikan & Kendali tentang uji resistans isolasi, menunjukkan perbedaannya.

Korosi menaikkan resistansi kontak dari waktu ke waktu. Korosi mudah terjadi pada sambungan baut antarsel aki dan menimbulkan resistansi tinggi; gejala yang sama terjadi pada terminal dan konektor di ruang lembap dengan uap bahan kimia. Bekas air, garam putih, atau warna hijau pada tembaga adalah tandanya.

Gangguan dari pasokan dan lingkungan listrik

Sebagian gangguan berselang tidak berasal dari mesin, tetapi dari pasokannya:

1. Penurunan tegangan sesaat (voltage dip) saat beban besar lain menyala, misalnya kompresor atau motor besar di gedung yang sama. Pengendali dapat reset atau kontaktor dapat lepas sesaat.
2. Tegangan rendah atau tinggi berkepanjangan pada jam beban puncak gedung.
3. Netral yang buruk sehingga tegangan fase berubah menurut beban fase lain, seperti di Bab 80 · Kelistrikan & Kendali tentang diagnosis instalasi.
4. Derau listrik dari pengubah frekuensi, kontaktor tanpa peredam, atau kabel sinyal yang sejajar dengan kabel daya, yang mengganggu sinyal sensor dan komunikasi.

Pencatat yang dipasang di titik pasokan mesin menunjukkan apakah kejadian bertepatan dengan perubahan pasokan. Bila ya, perbaikannya ada di instalasi, dan pemilik gedung atau ahli instalasi yang berwenang perlu dilibatkan.

Peluang menangkap kejadian dan membuktikan perbaikan

Peluang menangkap kejadian dan lamanya menunggu

Bila kejadian muncul acak dengan laju rata-rata $\lambda$ per hari, peluang paling sedikit satu kejadian tertangkap dalam $t$ hari pemasangan pencatat mengikuti distribusi eksponensial yang dibahas di Bab 10 tentang keandalan, MTBF, dan ketersediaan:

dengan $P$ peluang (tanpa satuan), $\lambda$ laju kejadian (per hari), dan $t$ lama pemasangan (hari). Untuk peluang 0,95, $t \approx 3/\lambda$. Gangguan yang muncul rata-rata dua kali seminggu memerlukan pemasangan sekitar sepuluh hari untuk peluang itu. Gangguan yang terkait keadaan tertentu, seperti beban penuh sore hari, lebih cepat tertangkap bila pemasangan mencakup keadaan itu.

Hubungan yang sama dipakai untuk verifikasi perbaikan. Bila gangguan sebenarnya belum hilang, peluang tidak ada kejadian selama $t$ hari hanya karena kebetulan adalah $e^{-\lambda t}$. Supaya peluang tertipu itu kecil, misalnya 0,05, mesin diamati tanpa kejadian selama sekitar $3/\lambda$ hari pada keadaan kerja yang biasa. Perbaikan gangguan yang muncul sebulan sekali tidak dapat dinyatakan berhasil dalam satu minggu.

Menguji hipotesis dan membuktikan perbaikan

Setelah pola dan kejadian tertangkap, hipotesis diuji seperti di Bab 3 tentang gejala, hipotesis, dan uji pembeda dan Bab 4 tentang akar sebab, verifikasi perbaikan, dan pembelajaran kegagalan:

1. Ubah satu hal pada satu waktu. Mengganti papan, mengencangkan semua terminal, dan memindahkan kabel sekaligus membuat penyebab tidak pernah diketahui.
2. Pilih uji yang membedakan hipotesis. Bila tegangan pasokan tetap normal saat kejadian, hipotesis pasokan gugur.
3. Simpan bagian yang dilepas dan tandai, supaya dapat diperiksa atau diuji ulang.
4. Setelah perbaikan, biarkan pencatat terpasang atau minta operator mencatat, selama waktu pengamatan yang cukup.
5. Tulis laporan servis dengan pola, rekaman, penyebab, dan bukti, seperti di Bab 6 · Kerja Lapangan & Serah Terima tentang laporan servis dan bukti kerja. Laporan "kesalahan tidak ditemukan" tetap memuat apa yang diperiksa, apa yang dipasang, dan kapan pemeriksaan berikutnya.

Contoh kerja

Angka dalam contoh di bawah adalah angka latihan, kecuali disebut asalnya.

Contoh 1: pola dari catatan operator. Pada kasus pembuka, catatan tiga minggu memuat tujuh kejadian. Semuanya terjadi setelah pukul 14.00, semuanya pada langkah pemanasan, dan semuanya setelah mesin bekerja lebih dari dua jam. Tidak ada kejadian pada pagi hari atau pada hari dengan muatan sedikit. Hipotesis yang cocok adalah penyebab termal atau beban, bukan papan kendali; penggantian papan yang ketiga ditunda.

Contoh 2: memasang pencatat. Tiga kanal tegangan pada sisi beban kontaktor pemanas, satu kanal arus elemen, satu kanal suhu panel, dan satu masukan keluaran kesalahan pengendali dipasang selama sepuluh hari, dengan nilai minimum dan maksimum per detik dan pemicu pada keluaran kesalahan dengan pra-pemicu satu menit. Pada kejadian keempat, rekaman menunjukkan tegangan satu fase di sisi beban turun bertahap beberapa volt selama dua puluh menit sebelum kesalahan, sementara dua fase lain tetap.

Contoh 3: resistansi kontak dan panas. Sebuah terminal kontaktor yang baik mempunyai resistansi kontak sekitar 2 mΩ, dan yang longgar sekitar 50 mΩ, dengan arus elemen 20 A. Panas pada terminal yang baik $20^2 \times 0{,}002 = 0{,}8$ W, pada terminal longgar $20^2 \times 0{,}05 = 20$ W. Tegangan jatuh naik dari 0,04 V menjadi 1 V. Panas 20 W pada satu terminal cukup untuk membuatnya jauh lebih panas daripada terminal lain, dan termogram pada contoh ini menunjukkan terminal itu sekitar 40 K lebih panas daripada dua terminal lainnya.

Contoh 4: verifikasi perbaikan. Setelah terminal pada Contoh 3 diganti dan dikencangkan dengan torsi pabrik, laju kejadian sebelumnya 0,33 per hari. Bila penyebabnya belum hilang, peluang tidak ada kejadian selama 9 hari kerja penuh hanya $e^{-0{,}33 \times 9} = e^{-2{,}97} = 0{,}05$. Pengering diamati sembilan hari kerja tanpa kejadian dengan pencatat masih terpasang, lalu perbaikan dinyatakan terbukti dan laporan servis ditutup.

Contoh 5: kabel di engsel pintu. Mesin pencuci piring berpintu kadang tidak mulai dan menampilkan kode pintu terbuka. Uji kontinuitas kabel sakelar pintu dalam keadaan terisolasi sambil pintu dibuka dan ditutup dua puluh kali menunjukkan rangkaian terbuka sesaat pada posisi pintu tertentu. Inti kabel putus di titik tekuk dekat engsel; kabel diganti dan dirutekan ulang dengan jari-jari tekuk lebih besar.

Contoh 6: lembap pagi hari. Sebuah mesin cuci kecil membuat RCD trip pada pagi hari dua kali seminggu, selalu setelah malam hujan. Resistans isolasi elemen pemanas saat dingin 0,4 MΩ, setelah elemen panas dan kering 50 MΩ. Elemen yang menyerap lembap lewat ujungnya diganti, dan kejadian tidak berulang selama sebulan pengamatan.

Kondisi berhenti

Hentikan pemeriksaan, amankan mesin, dan minta keputusan penyelia atau pihak berwenang bila:

1. Ditemukan tanda panas berlebih, bekas terbakar, atau isolasi meleleh pada terminal, konektor, atau kabel. Mesin tidak dijalankan lagi sampai bagian itu diganti.
2. Uji memicu gejala memerlukan kerja pada bagian bertegangan berbahaya yang tidak diizinkan prosedur kerja.
3. Diagnosis memerlukan menjembatani atau melepas pengaman.
4. Kejadian bertepatan dengan gangguan pasokan atau instalasi gedung yang di luar wewenang teknisi.
5. Gangguan berselang menyangkut fungsi keselamatan, seperti kunci pintu, pengaman suhu, atau berhenti darurat. Mesin dihentikan sampai penyebabnya ditemukan, bukan dibiarkan bekerja sambil menunggu kejadian berikutnya.

Salah tafsir yang sering terjadi

Hubungan dengan bab lain

• Bab 3 tentang gejala, hipotesis, dan uji pembeda dan Bab 4 tentang akar sebab, verifikasi perbaikan, dan pembelajaran kegagalan memberi kerangka hipotesis, uji pembeda, akar sebab, dan verifikasi.
• Bab 78 · Kelistrikan & Kendali tentang metode diagnosis gangguan listrik dan Bab 80 · Kelistrikan & Kendali tentang diagnosis instalasi memberi metode diagnosis listrik serta terminal panas, RCD trip, dan tegangan rendah.
• Bab 17 · Kelistrikan & Kendali tentang uji resistans isolasi memberi cara uji resistans isolasi.
• Bab 72 · Kelistrikan & Kendali tentang perakitan dan pengawatan panel memberi torsi terminal.
• Bab 21 · Fisika tentang radiasi elektromagnetik dan termal memberi dasar termografi.
• Bab 10 tentang keandalan, MTBF, dan ketersediaan memberi distribusi eksponensial.
• Bab 6 · Kerja Lapangan & Serah Terima tentang laporan servis dan bukti kerja memberi bentuk laporan servis.
• Bab 11 tentang strategi pemeliharaan menjelaskan cara memasukkan pemeriksaan sambungan dan pengukuran suhu terminal ke rencana perawatan supaya sambungan longgar ditemukan sebelum menjadi gangguan.

Latihan dan pembahasan