I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m p u t er   Science   Vo l.   1 2 ,   No .   2 N o v e m b er   201 8 ,   p p .   5 2 7 ~ 5 3 3   I SS N:  2502 - 4752 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ee cs . v 1 2 .i 2 . p p 527 - 5 3 3           5 27       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / ijeec s   Ins ula tion Proper ties of  PMM A: Ti O 2  Nano dielec tri c F il m   for H ig h  Volta g Applica tions       M el v in Wela M a t hew 1 ,   L y ly   Ny l Is m a i l 2 ,   No rsa brina   Si ha b 3 ,   Ah m a d Asr i A bd   Sa ma d 4 ,   Nur  Ash i da   Sa li m 5   1 , 2, 3, 4 F a c u lt y   o f   El e c tri c a En g in e e rin g ,   UiT M   Ca w a n g a n   P u lau   P in a n g ,   Ja lan   P e rm a tan g   P a u h ,   1 3 5 0 0   S e b e ra n g   P e ra i,   P u lau   P in a n g   5 F a c u lt y   o f   El e c tri c a En g in e e rin g ,   Un iv e rsiti   T e k n o lo g M A RA   (U iT M ),   M a lay sia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   4 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   A u g   2 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   A u g   1 0 ,   2 0 1 8       T h is  re se a r c h   in v e stig a tes   th e   in su lati o n   p ro p e rti e o f   p o l y   m e th y m e th a c r y late   w it h   ti tan iu m   d io x i d e   ( P M M A :T iO2 n a n o d iele c tri c   f il m   to   b e   u se d   a in su lati o n   lay e in   h ig h   v o lt a g e   (HV a p p l ica ti o n s.  A a n d   DC   b re a k d o w n   tes h a b e e n   c o n d u c t e d   to   in v e stig a te  th e   in su latio n   p r o p e rti e o f   P M M A :T iO2   n a n o d iele c tri c   to   b e   u se d   a so l id   i n su lati o n   in   HV .   I n   t h is  re se a rc h ,   th e   P M M A :T iO2   n a n o d iele c tri c   f il m   we re   p re p a re d   b y   v a r y in g   th e   a n n e a li n g   tem p e ra tu re   (6 0 ° u p   to   1 8 0 ° C)  a n d   sp in   c o a ti n g   tec h n iq u e ww e re   u se d   to   f o r m   th e   P M M A :T iO2   n a n o c o m p o site  f il m .   T h e   in su lati o n   p ro p e rti e o f   th e   n a n o c o m p o site  f il m   we re   c h a ra c teriz e d   u sin g   h ig h   v o lt a g e   tes (DC  a n d   A C   b re a k d o w n   stre n g th to   i d e n ti f y   w h ich   n a n o c o m p o iste  f il m   h a th e   g o o d   in s u latio n   p ro p e rti e s.  In   a d d it io n ,   d if f e r e n ty p e o f   e lec tro d e s   a re   a lso   u se d   to   to   m e a su re   th e   i n su latio n   p r o p e rti e o f   n a n o c o m p o iste  f il m .   T h e   stru c tu ra p ro p e rti e o f   P M M A :T iO2   n a n o c o m p o site  fil m we re   c h a ra c teriz e d   u sin g   a to m ic  f o rc e   m icro sc o p y   ( A F M ).   Re su lt f ro m   HV   tes t   sh o w th a th e   a n n e a li n g   te m p e ra tu re   a ff e c ted   th e   in su latio n   p ro p e rti e P M M A :T iO2   n a n o c o m p o site  f il m .   B y   in c re a sin g   th e   a n n e a li n g   te m p e ra tu re ,   th e   in su lati o n   p ro p e rti e d e c re a se d .   F il m   a n n e a a 1 2 0   o h a th e   g o o d   in su lati o n   c o m p a re   to   o th e tem p e r a tu re .   1 2 0   o a re   th e   o p ti m ize   tem p e r a tu re   to   p re p a re d   th e   P M M A : T iO2   n a n o c o m p o site  f il m s.  Re su lt   f ro m   d if fe re n t y p e o e lec tro d e sh o w   th a sh a rp   ti p   h a h ig h   DC  b re a k d o w n   stre n g th   c o m p a re   to   sp h e rica e le c tro d e s.   K ey w o r d s :   P MM A :T iO2   n an o co m p o s ite  f il m   HV   AC   B b r ea k d o w n   DC   b r ea k d o w n   p ar tial d is ch ar g e   Co p y rig h ©   2 0 1 8   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   L y l y   N y l I s m ail ,   Fac u lt y   o f   E lectr ical  E n g in ee r in g ,   UiT C a w a n g a n   P u la u   P in an g ,   J alan   P er m ata n g   P au h ,     1 3 5 0 0   Seb er an g   P er ai,   P u lau   P in an g .       1.   I NT RO D UCT I O N   A cc o r d in g   to   I n ter n atio n al  E l ec tr o tech n ical  C o m m is s io n ,   I E C   6 0 0 3 8 ( 2 0 0 2 ) ,   h ig h   v o lta g ( HV)   is   d ef in ed   as  s y s te m   w it h   g r ea t er   th an   1 0 0 0   alter n ati n g   c u r r en ( AC )   an d   g r ea ter   th a n   1 2 0 0   d ir ec cu r r en ( DC )   [ 1 ] .   I n   o r d er   to   m ain ta i n   th f lo w   o f   elec tr ic  c u r r en t,   in s u lato r   is   r eq u ir ed   to   in s u l ate  th co n d u cto r s I n s u lato r s   ar also   i m p o r tan t   t o   p r ev en t t h f lo w   o f   cu r r e n t t o   th u n d es ir ed   p ath   i n   t h s y s te m .   I n   HV  s y s te m ,   th i n s u latio n   q u a lit y   p la y s   an   i m p o r tan r o le  b ec au s it   ca n   b m aj o r   co n tr ib u tio n   to   p o w er   s y s te m   b r ea k d o w n .   Or g an ic   m a ter ial  ( OM )   o r   p o ly m er   is   w id el y   u s ed   as  s o lid   in s u latio n   i n   HV.   P o l y m er   is   m ater ial   th at  h as   m o lecu lar   s tr u ctu r e   th at  b o n d ed   to g e th er   a n d   p r o d u ce s   a   lo n g   c h ai n   o f   s tr u ct u r e.   E ac h   p o l y m er   h as   d if f er e n c h ar ac ter is tic s   i n   ter m s   o f   t h eir   p h y s ical  a n d   ch e m ical  s tr u c tu r a n d   also   i n   ter m s   o f   elec tr ica an d   m ec h a n ical   b eh a v io r   [ 2 ] .   T h er m o p last ics,  p o l y   a m id e,   p o l y ac r y la m id e,   p o ly ca r b o n ate,   a n d   p o ly et h y len ar e   ex a m p le s   o f   p o l y m er   m ater ial   th at  is   b ein g   u s ed   as  in s u latio n   in   HV  ap p licatio n s   [ 3 ] .   Desp ite  its   ad v an ta g es,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l 1 2 ,   No .   2 No v e m b er   201 8   :   5 27     5 3 4   528   p o ly m er   h as  d i s ad v a n ta g es  wh ich   is   lo w   d ielec tr ic  p r o p er ties .   R ec e n s t u d ies  s h o w   s o lu ti o n   to   o v er co m e   t h p r o b lem   i n   p u r p o l y m er   is   b y   ad d in g   f i ller   in to   p u r p o l y m er   m a ter ial  to   f o r m   n a n o co m p o s i te  m a ter ial   w h ic h   is   n a n o d ielec tr ic.   P r o p er ties   o f   n a n o d ielec tr ic   m ater ial  h as  e x h ib it  m o r attr ac tiv elec tr ical   ch ar ac ter is tic  a s   co m p ar ed   to   p o ly m er   its el f .   Na n o d ielec tr ic  is   p r ed icted   to   im p r o v th elec tr ica l   p er f o r m a n ce   o f   th c u r r en tl y   av ailab le  h ig h   v o ltag elec tr ical  in s u lat io n   s y s te m s   f o r   ex a m p le  r es is ti v to   p ar tial  d is ch ar g e,   h as  h i g h   p er m itti v it y   an d   lo w   lo s s   tan g en t   [ 2 0 ] ,   [ 2 5 ] - [ 2 7 ] .   I n   th is   r esear ch ,   n an o co m p o s i te   b et w ee n   p o l y   m et h y m etac r y late  ( P MM A )   as  m atr ix   a n d   titan i u m   d io x id ( T iO2 )   as  a   f iller   w er u s ed   to   f o r m   n a n o d ielec tr ic  f il m   [ 4 ] ,   [ 2 2 ] ,   [ 2 4 ] .   T iO2   as  f iller   w er ch o s en   d u to   it  is   p r o v en   to   in cr ea s ed   d ielec tr ic  p r o p er ties   o f   P MM A   m ater ial  [ 1 ] ,   [ 9 ] .   I n   th is   r esear ch ,   t h P MM A :T iO2   n an o d ielec tr ic  f il m   w er f u r th er   i n v e s ti g ate  to   b u s ed   as   in s u latio n   in   t h HV  ap p licati o n s .   T h n an o d iele ctr ic  f il m   w er f ab r icate   b y   u s in g   s p i n   c o atin g   tec h n iq u e. T h ef f ec o f   a n n ea li n g   te m p er at u r d u r i n g   t h f ab r icatio n   o f   n a n o d ielec tr ic  f il m   w er in v esti g ate   to   id en t if y   o p tim ized   te m p er at u r to   f ab r icate   th n an o d ielec tr ic  f il m .   T h in s u latio n   ch ar ac ter i s t ic s   o f   n an o d ielec tr ic   f il m   w er in v es tig a ted   u s i n g   HV  test   w h ich   i n v o lv ed   i n   DC   an d   AC   b r ea k d o w n   test .       2.   RE S E ARCH   M E T H O D   T h is   s ec tio n   ex p lai n s   i n   d etail  th o v er all  p r o ce d u r o f   th p r o p o s ed   r esear ch   w o r k .   T h f ir s p ar w il elab o r atel y   d escr ib t h e   p r ep a r atio n   o f   P MM A :T iO2   n an o co m p o s ite  f il m .   Fo ll o w ed   b y   t h at,   t h e   f o llo w in g   s ec t io n   w ill e x p lai n   o n   th ch ar ac ter i s tic  o f   t h f il m .     2 . 1 .   P re pa ra t io n o f   P M M A: T iO 2   na nco m po s it f il m   P MM A   p o w d er s   w it h   m o lec u lar   w e ig h t,  ( M w )   o f   1 2 0 , 0 0 0   w er p u r c h ased   f r o m   Si g m A ld r ich ,   T iO2   n an o p o w d er   b y   Ald r ich   C h e m ical s   a n d   to l u en e   f r o m   S ig m A ld r ic h .   T h P MM A:T iO2   n a n o co m p o s ite   s o lu tio n   w as  p r ep ar ed   b y   m i x in g   0 . 1 5 g   P MM A   p o w d er   w i t h   2 w t%  T iO2   n a n o p o w d er   in to   th g lass   b o ttle.  T h m i x er   w er d is s o lv i n to   5 m to l u en s o l v e n t.  T h r ee   d r o p s   o f   tr im et h o x y m et h y ls ila n ( T MO MS)   w er e   u s ed   as   th e   s tab ilizer   b et w e en   P MM A   an d   T iO2   n a n o p o w d er   an d   to l u en s o lv e n t.  T h s o lu tio n   w er e   s o n icate d   i n   u ltra s o n ic  at  5 0   º C   f o r   3 0   m i n u te s .   T h en ,   t h s o lu tio n   w as  le f t   at  r o o m   te m p er atu r f o r   2 4   h o u r s   b ef o r b ein g   s p i n   co ated   ( s p e ed   o f   1 5 0 0   r p m   f o r   6 0   s ec )   o n   g las s   to   f o r m   P MM A :T i O2   n a n o co m p o s ite  f il m .   T h en ,   th s a m p le  w a s   an n ea led   at  d if f er e n te m p er at u r ( 6 0   º C ,   9 0   º C ,   1 2 0   º C ,   1 5 0   º C   an d   1 8 0   º C )   f o r   1   h o u r   to   r estru ct u r th P MM A:T iO2   n an o co m p o s ite  f il m s   [ 9 ] .     2 . 2 .   P M M A: T iO 2   na nco m po s it f il m   c ha ra ct er is t ics   T h f il m   ch ar ac ter is tics   ar d iv id ed   in to   2   p ar ts ( 1 )   th s tr u ctu r al  c h ar ac ter is tic  an d   ( 2 )   I n s u latio n   ch ar ac ter is tic s .   Stru ct u r al  ch ar ac ter is tics   is   b asica ll y   to   o b tain   th f il m   th ick n es s   a n d   m o r p h o lo g y   o f   P MM A :T iO2   f il m .   T h f il m   th ic k n e s s   i s   c h ar ac ter i ze d   u s in g   s u r f ac p r o f iler .   T h f il m   m o r p h o lo g y   is   d eter m in ed   b y   ato m ic  f o r ce   m icr o s co p y   ( A FM) .     I n s u latio n   c h ar ac ter is tics   i s   b asicall y   to   o b tain   th s o lid   in s u latio n   p r o p er ties   o f   P MM A : T iO2   f il m .   T h in s u latio n   p r o p er ties   is   o b tain ed   b y   ap p l y i n g   D C   a n d   A C   b r ea k d o w n   test s   to   t h f il m .   D u r in g   t h i s   tes t,  t w o   t y p es   o f   elec tr o d es  ar u s ed   as  s h o w n   i n   Fig u r 1   a n d   F ig u r e   2   w h ich   ar s p h er ical  s h ap ed   elec tr o d an d   s h ar p ed   tip   s h ap ed   elec tr o d e.   Vo ltag is   i n j ec ted   f o r   5   ti m es   o n   ea ch   s a m p le  ( f i l m ) .   A   p air   o f   n ee d le - to - p la n elec tr o d es  is   e m p lo y ed .   T h n an o co m p o s i te  f il m   i s   b ei n g   test ed   b y   u s in g   d i f f er en t   s ize   o f   elec tr o d es.  An   alter n ati n g   cu r r e n i s   ap p lied   o n   th e   d if f er e n elec tr o d w h ile  th e   p lan e   elec tr o d is   g r o u n d ed .   T h p ar tial  d is ch ar g m ea s u r e m en t i s   ta k e n   w h ile  A C   b r ea k d o w n   v o lta g test   is   co n d u c ted .         Fig u r 1 .   Hig h   v o lta g test   s e t   u p   f o r   s p h er ical  elec tr o d s h a p e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       I n s u la tio n   P r o p erti es o f P MM A :   TiO2   N a n o d ielec tr ic  F ilm  fo r   Hig h   V o lta g e…   ( Melvin   W e la n   Ma th ew )   529       Fig u r 2 .   Hig h   v o lta g test   s e t   u p   f o r   s h ar p   tip   elec tr o d s h ap e       3.   RE SU L T S AN AN AL Y SI S   T h is   s ec tio n   w ill  d is c u s s   in   d etail  th f i n d in g s   co n tain e d   f r o m   t h ex p er i m en th at   h as  b ee n   co n d u cted .     3 . 1 .   Str uct ura l P ro pert ies o f   P M M A: T iO 2   na no dielect ric  f il m   Fig u r 3   s h o w s   th f il m   th ick n es s   v er s u s   s u r f ac r o u g h n e s s   o f   P MM A :T iO2   n an o d ielec tr ic  f il m   f o r   d if f er e n an n ea li n g   te m p er at u r e.   A s   t h an n ea li n g   te m p er atu r is   i n cr ea s ed ,   th t h ic k n ess   o f   t h s a m p le   d ec r ea s es.  T h r ed u ctio n   i n   t h n a n o d ielec tr ic  f il m   th ic k n es s   is   d u e   to   th e   s o lu tio n   e v ap o r atio n   [ 9 ] .   T h er ef o r e,   as th a n n ea l in g   te m p er at u r i n cr ea s es,  t h th ick n es s   o f   t h P MM A :T iO₂  f il m   is   d ec r ea s es .       60 80 100 120 140 160 180 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300   F i l m   T h i ck n ess   S u r f ace  R ou g h n ess An n e a l i n g   T e m p e ra t u re   ( o C) F i l T h i ckne ss  (n m) 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95   Su rf a ce   R o u g h n e ss  (n m)     Fig u r 3 .   Fil m   t h ic k n e s s   a n d   s u r f ac r o u g h n e s s   o f   P MM A :T iO₂  n an o co m p o s ite  f i l m   at  d i f f er en ce   an n ea li n g   te m p er atu r e       Fig u r 4   s h o w s   th A FM  i m ag e s   o f   P MM A :T iO2   n an o d ielec tr ic  f il m   at  d if f er en t   an n ea li n g   te m p er atu r e.   As  an n ea li n g   te m p er at u r i n cr ea s es,  t h s u r f a ce   r o u g h n e s s   d ec r ea s es   f r o m   6 0   ℃  to   1 2 0   ℃  an d   it  in cr ea s e s   ag ai n   f r o m   1 5 0   ℃  to   1 8 0   ℃.   I ca n   b s ee n   th at ,   as  th an n ea te m p er at u r in cr ea s es  f r o m   6 0     to   1 2 0   ℃,   th s u r f ac r o u g h n e s s   d ec r ea s ed .   W h e n   a n n ea led   t e m p er atu r co n tin u to   in cr ea s u n ti 1 4 0 ℃  an d   ab o v e,   th s u r f ac o f   P MM A : T iO2   f il m   b ec o m r o u g h er .   T h is   co n d it io n   is   d u to   th a g g lo m er atio n   o f   T iO2   n an o f iller .   A s   th te m p er atu r e   in cr ea s es,  th f il m   b ec o m d e n s w h ich   lead   to   ex is te n ce   o f   th ag g lo m er atio n   o f   p ar ticles.  Ag g lo m er atio n   ar th w h i te  p ar ticles f o r m ed   d u r in g   t h f ab r icatio n   p r o ce s s   [ 5 ] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l 1 2 ,   No .   2 No v e m b er   201 8   :   5 27     5 3 4   530       Fig u r 4 .   P MM A :T iO₂  n an o co m p o s ite  f il m s   w it h   d if f er e n t a n n ea l in g   te m p er at u r u s i n g   AFM  ( a)   6 0 ℃  ( b )   9 0 ℃  ( c)   1 2 0 ℃  ( d )   1 5 0 ℃  ( e)   1 8 0       3 . 2 .   I ns ula t io n P ro pert ies o f   P M M A: T iO 2   na nco m po s it f ilm   Fig u r 5   s h o w s   t h g r ap h   o f   b r ea k d o w n   v o ltag e   f o r   P MM A : T iO₂  n an o co m p o s ite   f il m   w i th   d if f er en t   an n ea l in g   te m p er at u r e.   Du r i n g   t h te s ti n g ,   s h ar p   tip   elec tr o d is   u s ed .   As  t h a n n ea li n g   te m p er at u r i n cr ea s e s   f r o m   6 0 ℃  to   1 2 0 ℃,   t h b r ea k d o w n   v o ltag e   also   i n cr ea s e s   s i g n i f ican t l y .   Nev er t h eles s ,   w h e n   te m p er atu r e   co n tin u to   i n cr ea s f r o m   1 4 0   ℃  an d   ab o v e,   th d ec r e m e n ts   i n   t h b r ea k d o w n   v o ltag w er o b s er v ed .   T h e   d ec r em e n in   t h b r ea k d o w n   v o ltag is   d u to   th P MM A : T iO2   f il m   s tar to   p er f o r ated .   T h P MM A :T iO2   f il m   p er f o r ated   is   d u to   P M MA   m atr i x   ca n   o n l y   w it h s ta n d   m a x i m u m   te m p er at u r o f   1 5 0   ℃  [ 9 ] .   W h en   th e   f il m   s t ar to   p er f o r ated ,   th b r ea k d o w n   v o ltag s tar ted   to   d ec r ea s an d   lead   to   f il m   d e f ec an d   p r o v id p ath   f o r   v o ltag to   b r ea k   i n   th r o u g h   th in s u lato r   [ 1 0 ]       60 80 100 120 140 160 180 12 14 16 18 20 22 24   D C   B r eak dow n   V ol t ag e   T i m t D C   B r eak dow n An n e a l i n g   T e m p e ra t u re   ( o C) D C   Bre a kd o w n   Vo l t a g e   (kV) 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300   T i me   t o   D C   Bre a kd o w n   (s)     Fig u r 5 .   DC   B r ea k d o w n   v o lt ag an d   ti m to   DC   b r ea k w o n   o f   P MM A :T iO2   f il m   w it h   d if f er en ce   an n ea li n g   te m p er atu r e       Fig u r 5   also   s h o w s   ti m ta k en   f o r   D C   b r ea k d o w n   to   o cc u r   f o r   P MM A:T iO₂  n an o co m p o s ite  f il m   w it h   d if f er en t   an n ea li n g   te m p er atu r e.   P MM A :T iO2   w it h   a n n ea l in g   te m p er at u r o f   6 0   is   b r ea k d o w n   i n   a   s h o r p er io d .   I t   to o k   f o r   ab o u 1 2 0   s ec o n d s   to   r ea ch   th b r e ak d o w n .   P MM A :T iO2   an n ea l ed   at  1 2 0 ℃  h as  th e   lo n g e s p er io d   tak e n   to   r ea ch   b r ea k d o w n   w h ich   i s   w i th i n   2 8 0   s ec o n d s .   Ho w e v er ,   1 2 0 ℃  is   n o t h m a x i m u m   an n ea l in g   te m p er at u r i n   t h is   r esear ch .   T h er ar also   1 4 0 ℃  an d   1 8 0 ℃  an n ea li n g   te m p er atu r b u t   th is   t w o   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       I n s u la tio n   P r o p erti es o f P MM A :   TiO2   N a n o d ielec tr ic  F ilm  fo r   Hig h   V o lta g e…   ( Melvin   W e la n   Ma th ew )   531   an n ea l in g   te m p er atu r h a s   s h o r b r ea k d o w n   ti m as  co m p ar ed   to   t h s a m p le  a n n ea led   a 1 2 0 ℃.   On   to p   o f   th at,   b r ea k d o w n   ti m o f   ea ch   s a m p les   is   af f ec ted   b y   t h eir   a n n ea l in g   te m p er atu r e.   T h is   is   d u to   t h ef f ec t   o f   an n ea l in g   te m p er at u r o n   t h n an o s tr u ct u r o f   ea ch   s a m p le s .   A cc o r d in g   to   o th er   r esear ch er ,   th er ar lar g e   a g g lo m er atio n   co n tai n s   lo ts   o f   lar g e   v o id s   d e f ec a n d   i m p u r i ties   o n   t h s u r f ac e   o f   n a n o co m p o s it e   m ater ial [ 1 1 ] .   A lt h o u g h   f o r   m an y   y ea r s   n a n o co m p o s ite   r esear ch   h a s   b ee n   ca r r ied   o u t,  t h s u b j ec o n   ag g lo m er atio n   o f   n a n o p ar ticles  r e m ai n s   a n   in te n s iv d eb ate  [ 6 ] .   I n   co n j u n ctio n   w it h   ag g lo m er atio n ,   it  ca n   b r elate d   w it h   th s u r f ac r o u g h n es s   [ 1 2 ] .   T h r o u g h er   t h s u r f ac o f   th at  s a m p le,   t h s h o r te s th ti m tak e n   to   r ea ch   b r ea k d o w n   a n d   v ice  v er s a.   I ca n   b co n clu d ed   th at  t h ti m ta k en   f o r   ea ch   s a m p le  t o   r ea ch   b r ea k d o w n   is   af f ec ted   b y   t h ag g lo m er ati o n   o n   th at  s a m p le  d u to   a n n e alin g   p r o ce s s .   Fig u r 6   s h o w s   g r ap h   o f   P MM A :T iO₂  f il m   AC   b r ea k d o w n   s tr en g t h   o n   ea c h   an n ea l in g   te m p er atu r e.   I tells   u s   a s   an n ea l in g   te m p er at u r in cr ea s es,  th b r ea k d o w n   s tr e n g th   also   in cr ea s e s .   T h in cr ea s es  o f   b r ea k d o w n   s tr en g th   i s   d u to   th r ed u ctio n   o f   P MM A :T iO₂  f il m   t h ick n e s s .   R ed u ctio n   i n   th e   b r ea k d o w n   s tr en g t h   in d icate   t h P MM A :T iO2   f il m   h as h ig h   r elativ p er m itti v it y   [ 8 ] .       60 90 120 150 180 210 1 .0 1 .5 2 .0 2 .5 3 .0 3 .5 AC   Bre a kd o w n   St re n g t h   1 e 10 (kV/ n m) An n e a l i n g   T e m p e ra t u re   ( o C)   Fig u r 6 .   AC   B r ea k d o w n   s tr e n g t h   o f   P MM A :T iO2   f il m   an n ea l a t d if f er e n t te m p er at u r e       Fig u r 7   s h o w s   DC   b r ea k d o w n   v o lta g ( B DV)   f o r   P MM A :T iO₂  w i th   d i f f er en t   an n ea l in g   te m p er atu r tes ted   b y   u s in g   t w o   d if f er e n t y p e s   o f   elec tr o d e.   Sp h er ical  s h ap an d   s h ar p   tip   elec tr o d is   u s ed   to   in v e s ti g ate  t h r ati n g   o f   b r ea k d o w n   v o ltag o n   s a m m a ter ial   w ith   d if f er en t y p o f   el ec tr o d e.   I also   ca n   b o b s er v ed   th at   B DV  w it h   s h ar p   tip   elec tr o d ex h ib it   h ig h er   v al u es   as   co m p ar ed   t o   s p h er ical  s h ap ed   elec tr o d e.   P MM A :T iO₂  an n ea led   at  6 0 ℃  h as  th lo w es B DV  an d   P MM A :T iO₂  an n ea le d   at  1 8 0 ℃  h as  th e   g r ea test   B DV  b a s ed   o n   b o th   t y p o f   elec tr o d e.   I n   co n clu s i o n ,   s h ar p   tip   elec tr o d g iv e s   g r ea ter   B DV  th a n   s p h er ical  elec tr o d f o r   ab o u t w ice  th lo w e s B DV  v alu e.   T h is   i s   b ec au s b r ea k d o w n   o f   p o ly m er ic  m ater ial s   d ec r ea s es  as  t h elec tr o d ar ea   in cr ea s b ec a u s o f   t h ele c tr ic  f ield   e n h an ce m e n [ 3 ] .   T h tr ee in g   p r o ce s s   i n   th v o id s   m a y   e x cited l y   i n itiat as th ar ea   u n d er   th elec tr o d is   in cr ea s es.       2 .4 2 2 .8 3 2 .8 8 3 .5 4 .1 5 .4 5 .6 4 5 .8 5 .9 60 80 100 120 140 160 180 0 1 2 3 4 5 6 7 D C   Bre a kd o w n   Vo l t a g e   (kV) An n e a l i n g   T e m p e ra t u re   ( o C)   Sh e p ri ca l   Sh a rp   T i p   Fig u r 8 .   DC   b r ea k d o w n   v o lta g o f   P MM A: T iO2   f il m   w i th   elec tr o d s h ap es     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l 1 2 ,   No .   2 No v e m b er   201 8   :   5 27     5 3 4   532   P ar tial  d is c h ar g ( P D)   a r g en er all y   r esu lt  o f   lo ca elec tr ical  s tr ess   co n ce n tr atio n   in   t h i n s u latio n   o r   o n   t h s u r f ac o f   i n s u lati o n   an d   o f te n   ac co m p an ied   b y   t h e m i s s io n   o f   s o u n d , lig h t,  h ea t   o r   ch e m ica l   r ea ctio n s .   P ar s m al s p ar k s   th at   o cc u r   w i th in   th e   i n s u lat io n   m ed iu m .   T h ese   d is c h ar g d e g r ad th e   in s u latio n   p r o p er ties   an d   as  r esu lts   to   i n s u latio n   f ai lu r e.   P ca n   b in itiated   b y   v o id s   o r   o th er   im p u r ities   ex cist   in   th e   in s u latio n   s y s te m .   P ca u s es   th e   in s u lato r   to   d eter io r ate  p r o g r ess iv el y   a n d   c an   lead   to   ele ctr ical   b r ea k d o w n   [ 1 3 - 15] .   Fig u r 9   s h o w s   th a t h P o f   P MM A :T iO2   f il m   a d if f er en an n ea te m p er atu r e.   As   an n ea l in g   te m p er at u r in cr ea s es  f r o m   6 0 ℃  to   1 2 0 ℃,   th PD  in cr ea s g r ad u all y .   I h ap p en   d u to   th s tr en g t h   o f   th n a n o co m p o s ite  f il m   w h ich   i s   af f ec ted   b y   th e   cr y s talli n it y   o f   P MM A   an d   T iO₂  p a r ticles     ar r an g e m en t   [ 6 ] .   C r y s talli n it y   a n d   cr y s ta llit e s   o f   a   f il m   w il i n cr ea s ed   w it h   a n n ea lin g   te m p er atu r [ 1 6 ] Nev er th e less ,   t h p ar tial  d is ch ar g d ec r ea s es  af ter   th an n ea lin g   te m p er at u r is   in cr ea s e d   m o r th a n   1 2 0 ℃  b ec au s o f   th b eh a v io r   o f   P MM A   its e l f   i n   w h ic h   it  s t ar ted   to   m elt  b et w ee n   te m p er atu r o f   1 5 0 ℃  to     1 6 0 ℃  [ 9 ] .       60 90 120 150 180 210 200 400 600 800 1000 1200 1400 Pa rt i a l   D i scha rg e   (p C ) An n e a l i n g   T e m p e ra t u re   ( o C)   Fig u r 8 .   P ar tial D is ch ar g d at f o r   P MM A :T iO2   n an o co m p o s ite  f il m       4.   CO NCLU SI O N   As  co n cl u s io n ,   th in s u la tio n   p r o p er ties   o f   P MM A :T iO 2   n an o d ielec tr ic  f il m   w er s u cc es s f u ll y   ch ar ac ter ized .   An n ea lin g   te m p er atu r th u s   a f f ec ted   t h p er f o r m a n ce   o f   P MM A :T iO2   n an o d ielec tr ic  f il m   a s   in s u latio n   i n   HV.   R es u lt   s h o w   th a P MM A :T iO2   n a n o d ielec tr ic  f i l m   a n n ea l   at  1 2 0   o C   h as   g o o d   i n s u latio n   p r o p er ties   c o m p ar to   o th er   t e m p er atu r e.   W h en   th n an o d i elec tr ic  f il m   a n n ea at  te m p er atu r ab o v 1 5 0 o C ,   th in s u latio n   p r o p er ties   d eg r ad ed   s ig n if ican tl y .   Di f f er en elec tr o d u s ed   also   af f e cted   th in s u lat io n   p r o p er tier   o f   n an o co m p o s ite   f il m .   Sh ar p   tip   h as  t h h i g h e s b r ea k d o w n   v o lta g co m p ar to   s h ep r ical  elec tr o d e.       ACK NO WL E D G M E NT   T h au t h o r s   w o u ld   li k to   ac k n o w led g U n i v er s iti   T e k n o l o g M AR C a w a n g an   P u la u   P in an g   a n d   NANO - SciT ec h   C e n tr e,   UiT Sh a h   A la m   f o r   p r o v id in g   u s   th g r an t t h u s th e ir   AFM  eq u ip m e n t.       RE F E R E NC E S   [1 ] .   IEC,   Ef f i c ien e lec tri c a e n e rg y   t ra n sm is sio n   a n d   d istr ib u ti o n ,   p .   2 4 ,   2 0 0 7 .   [2 ] .   P leş a ,   P .   N o ţi n g h e r,   S .   S c h l ö g l,   C.   S u m e re d e r,   a n d   M .   M u h r” , P r o p e rti e o f   P o ly m e Co m p o sites   Us e d   in   Hig h - V o l tag e   A p p li c a ti o n s ,   Po lym e rs   ( Ba se l) . ,   v o l.   8 ,   n o .   5 ,   p .   1 7 3 ,   2 0 1 6 .   [3 ] .   M .   A .   Do u a r,   A .   Be ro u a l,   a n d   X .   S o u c h e ,   Co m p a ra ti v e   stu d y   o f   A b re a k d o w n   v o lt a g e   f o v a rio u p o ly m e rs:   In f lu e n c e   o f   e lec tro d e sh a p e ,   th e r m a a n d   h y d ro th e rm a a g e in g ,   ICHVE  2 0 1 4   -   2 0 1 4   In t.   Co n f.   Hig h   Vo l t.   En g .   Ap p l . ,   n o .   ii ,   p p .   0 3 ,   2 0 1 4 .   [4 ] .   L .   N.  Is m a il ,   S .   A .   F a ra h i y a h ,   Z.   Ha b ib a h ,   S .   H.  He rm a n ,   a n d   M .   Ru so p ,   Die lec tri c   a n d   p h y si c a p ro p e rti e o f   P M M A  :  T iO  2   th i n   f il m s b y   v a r y in g   T iO  2   c o n c e n trati o n ,   p p .   2 5 9 2 6 2 ,   2 0 1 2 .   [5 ] .   T .   T a n a k a ,   G .   C.   M o n tan a ri,   a n d   R.   M u lh a u p t,   P o ly m e n a n o c o m p o sites   a d iel e c tri c a n d   e lec tri c a in su lati o n - p e rsp e c ti v e f o p ro c e ss in g   tec h n o lo g ies ,   m a teria c h a ra c teriz a ti o n   a n d   f u tu re   a p p li c a ti o n s,”  IE EE   T ra n s.  Die lec tr.   El e c tr.   In su l. ,   v o l.   1 1 ,   n o .   5 ,   p p .   7 6 3 7 8 4 ,   2 0 0 4 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       I n s u la tio n   P r o p erti es o f P MM A :   TiO2   N a n o d ielec tr ic  F ilm  fo r   Hig h   V o lta g e…   ( Melvin   W e la n   Ma th ew )   533   [6 ] .   K.  Y.  L a u ,   A .   S .   V a u g h a n ,   a n d   G .   Ch e n ,   Na n o d iele c tri c s Op p o rt u n it ies   a n d   c h a ll e n g e s,”  IEE E lec tr.   In su l .   M a g . v o l.   3 1 ,   n o .   4 ,   p p .   4 5 5 4 ,   2 0 1 5 .   [7 ] .   W .   Ya n ,   Z.   J.  Ha n ,   B.   T .   P h u n g ,   F .   F a u p e l,   a n d   K.  K.  Os tri k o v ,   Hig h - v o lt a g e   in su latio n   o rg a n ic - in o rg a n ic  n a n o c o m p o sites   b y   p las m a   p o ly m e riza ti o n ,   M a ter ia ls  ( Ba se l ). ,   v o l .   7 ,   n o .   1 ,   p p .   5 6 3 5 7 5 ,   2 0 1 4 .   [8 ] .   K.  Y.  L a u ,   N.  A .   M u h a m a d ,   N.  Ba sh ir,   Y.  Z.   A rie f ,   a n d   M .   A .   M .   P iah ,   M o d e li n g   o f   P o ly m e Na n o c o m p o sites  :  P e rm it ti v it y   v s .   El e c tri c   F ield   I n t e n sity ,   p p .   1 4 0 1 4 5 ,   2 0 1 4 .   [9 ] .   L .   N.  Is m a il ,   Z.   Ha b ib a h ,   S .   H.  He r m a n ,   a n d   M .   Ru so p ,   Eff e c o f   a n n e a li n g   tem p e ra tu re   o n   e lec tri c a p ro p e rti e o f   p o ly   ( m e th y m e th a c r y late ):  ti tan iu m   d io x id e   n a n o c o m p o site  f il m u sin g   sp in   c o a ti n g   d e p o siti o n   t e c h n iq u e ,   IOP  Co n f.   S e r.  M a ter .   S c i.   E n g . ,   v o l .   6 4 ,   p .   1 2 0 5 1 ,   2 0 1 4 .   [1 0 ] .   Y.  Uo z u m i,   Y.  Kik u c h i,   N.  F u k u m o to ,   M .   Na g a ta,  Y.  Wak i m o t o ,   a n d   T .   Yo sh im it su ,   Ch a ra c teristics   o f   p a rti a l   d isc h a rg e   a n d   ti m e   to   b re a k d o wn   o f   n a n o c o m p o site  e n a m e led   wire ,   An n u .   Rep .   -   Co n f.   El e c tr.   In su l.   Die lec tr.   Ph e n o me n a ,   C EIDP ,   p p .   2 2 8 2 3 1 ,   2 0 0 7 .   [1 1 ] .   F .   T ian ,   Q.  L e i,   X .   Wan g ,   a n d   Y.  W a n g ,   In v e sti g a ti o n   o f   e l e c tri c a p ro p e rti e o f   L DP E/ Zn n a n o c o m p o site   d iele c tri c s,”  IEE T ra n s.  Die lec tr.   El e c tr.   In s u l. ,   v o l.   1 9 ,   n o .   3 ,   p p .   7 6 3 7 6 9 ,   2 0 1 2 .   [1 2 ] .   N.  a   El - z a h e r,   M .   S .   M e leg y ,   a n d   O.  W .   G u irg u is,   T h e r m a a n d   S tru c tu ra A n a ly s e o f   P M M A   T iO 2   Na n o p a rti c les   Co m p o sites ,   Na t .   S c i. ,   v o l .   6 ,   n o .   J u ly ,   p p .   8 5 9 8 7 0 ,   2 0 1 4 .   [1 3 ] .   C.   M a y o u x   a n d   M .   G o ld m a n ,   P a rti a d isc h a rg e in   so li d   d iele c tr ics   a n d   c o ro n a   d isc h a rg e   p h e n o m e n a ,   J .   Ap p l.   Ph y s. ,   v o l.   4 4 ,   n o .   9 ,   p p .   3 9 4 0 3 9 4 4 ,   1 9 7 3 .   [1 4 ] .   D.  E.   S e lv a ra j,   P a rt ial   d isc h a rg e   c h a ra c teristics   o f   e n a m e f il le d   w it h   m icro   a n d   n a n o   c o m p o site  o f   S iO2   a n d   T iO2 ,   In t.   J .   S c i.   E n g .   Ap p l. ,   v o l.   1 ,   n o .   2 ,   p p .   9 5 1 0 1 ,   2 0 1 3 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.