Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   15 ,  No.   1 Febr uary   20 25 , pp.  56 ~ 66   IS S N:  20 88 - 8708 , DO I: 10 .11 591/ij ece.v 15 i 1 . pp 56 - 66           56       Journ al h om e page http: // ij ece.i aesc or e.c om   Influen ce  of  m etal  partic les shape  on  direc t curre nt  voltag electric  pro perties  of nanoflui ds       Daniar  Fa hmi, M uh amm ad   Fad l an   Ak b ar , I   M ad Yu li s tya Ne ga r a,   I Gu s ti Ngur ah S at ri ya di H ernanda , Dim as   Anto Asfa ni, R isy ad   Alauddin Z aidan,  A rk an F ad hil ah   Dep artmen t of  Ele ctrical En g in eering Facu lty  of  Intelli g en t E lectric al and  I n for m atics  Techn o lo g y   Sep u lu h  Nop em b er  Ins titu te of  Tech n o lo g y ,   Su rabay a,  Ind o n esia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved   J un  12, 2 02 4   Re vised  Sep 1 2,   202 4   Accepte Oct  1,   202 4       It  is   widel y   re co gniz ed   th at   the  a ppli c at ion   of  n a nopar ticle s   has  t he  pot ent i al   to  i mprove  th e   d ie l ec tr ic  prope r ties  of   tr ansformer  oi l.  Neve r thele ss ,   the r e   is  sca r ci ty  of   st udie that  hav e   uti lized  pu re  n anof lui ds,  and  i pra ctic al   appl i ca t ions,  it  is  ine v it ab le  for   tra nsfor me r   oil  to   be com e   con ta mi n ated.  The ref or e,   thi s st udy  conduc t ed  t ests  to  inve st igat how t he  shap e and  size of  me t al   cont a mi na nts  im pa ct   the  d ie l ec tr ic   p erf orm anc e   of  Fe 3 O 4   n anof lui ds.   The  findi ngs   fr om  t he   l evi t at io vol ta ge   te st   i ndic a te  th at  as   t he  si ze  and   dia m et er   of  th par ticle  inc r ea se ,   the  le v itati on  v olt ag val u m e asure a lso  inc re ase s,   and   c onver sely.  More over ,   a   high er   co nce ntr at ion   of   n a nopa rticle s   le ads   to   a   h igher  m ea sured   le vi t at ion   vol ta g v a lue .   On   th other  hand ,   th bre akdown  volta ge  te st  r esult d em onstra te   th at   la rge and  sharp er  par t ic l es   result   in  lower   me asure d   bre ak down  volt ag e   v al ues,   and   vi ce  ver sa.   Th e   simul ation  ou tcomes  reg a rding   el e ct ri f ie ld   dis tri buti on   rev eal  tha t   la rg er  and  sharp er  p articles  cor r espond  to   high er  me as ure el e ct ri c   field  va lue s,   while   the opposit e is t ru for   sma ll er   and   le ss   shar par t ic l es.   Ke yw or d s :   Break dow n vo l ta ge   Direct c urren vo lt age   Fe 3 O Na nof lui d   Levit at ion   volt age   M et al  p a rtic le  co ntami natio n   This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  BY - SA   l ic ense .     Corres pond in Aut h or :   Dan ia Fa hm i   Dep a rtme nt of  Ele ct rical  En gi neer i ng, F ac ulty  of Inte ll igent  Elec tric al  and  Informati cs Te chnolo gy,  Sepulu h Nope mb e I ns ti tute  of Tech nolo gy   ITS   Ca mpus ,  S ukolil o,   Sura ba ya 601 11, In do nesia   Emai l:  d ania rfahmi@ee .it s.ac .id       1.   INTROD U CTION   T r a n s f o r m e r s   p l a y   a   c r u c i a l   r o l e   i n   t r a n s m i s s i o n   a n d   e l e c t r i c   p o w e r   d i s t r i b u t i o n   s y s t e m s .   O n e   o f   t h e   e s s e n t i a l   c o m p o n e n t s   o f   t r a n s f o r m e r s   i s   t r a n s f o r m e r   o i l ,   w h i c h   s e r v e s   a s   b o t h   a n   i n s u l a t i o n   m a t e r i a l   a n d   a   c o o l a n t   [1] .   H o w e v e r ,   t r a n s f o r m e r   o i l   i s   p r o n e   t o   c o n t a m i n a t i o n ,   w h i c h   c a n   l e a d   t o   a   r e d u c t i o n   i n   i t s   d i e l e c t r i c   s t r e n g t h .   C o n s e q u e n t l y ,   v a r i o u s   e n d e a v o r s   h a v e   b e e n   u n d e r t a k e n   t o   e n h a n c e   t h e   p e r f o r m a n c e   o f   i n s u l a t i ng   o i l .     R e s e a r c h e r s   a r e   c u r r e n t l y   e x p l o r i n g   t h e   p o t e n t i a l   o f   i n c o r p o r a t i n g   n a n o p a r t i c l e   m a t e r i a l s   i n t o     o i l - i n s ul a t i n g   m a t e r i a l s   t o   c r e a t e   n a n o f l u i d s   a s   a   s o l ut i o n   t o   t h e   i s s u e .   N a n o f l u i d s   a r e   w i d e l y   a c c e p t e d   a s   i d e a l   l i q u i d   m e d i a   d u e   t o   t h e i r   d i e l e c t r i c   p r o p e r t i e s   a n d   h e a t - e xc h a n g e   e f f i c i e n c y   [2] [4 ] .   T h i s   a p p r o a c h   a i m s   t e n h a n c e   t h e   di e l e c t r i c   s t r e n g t h ,   t h e r e b y   d e l a y i n g   t h e   s p r e a d   o f   s t r e a m e r s .   N a n o p a r t i c l e s   ut i l i z e   v a r i o u s   m e c h a n i s m s   t i m p e d e   t h e   a d v a n c e m e n t   o f   s t r e a m e r s ,   e f f e c t i v e l y   t r a p p i n g   e l e c t r o n s   b y   g e n e r a t i n g   c h a r g e s   a n d   f u n c t i o n i n g   a s   e l e c t r o n - a b s o r b e n t   m a t e r i a l s   i f   t h e   r a t e   o f   c h a r g e   r e l a x a t i o n   s u r p a s s e s   t h e   r a t e   o f   s t r e a m e r   g r o w t [5], [6] .   N u m e r o u s   s t u d i e s   h a v e   b e e n   c o n d u c t e d   t o   a s s e s s   t h e   i m p a c t   o f   n a n o p a r t i c l e   a d d i t i v e s   o n   t h e   d i e l e c t r i c   p r o p e r t i e s   o f   n a n o f l u i d s .   C h e n   e t   a l .   [7]   d i s c o v e r e d   t h a t   t h e   i nt r o d u c t i o n   o f   A l 2 O 3 , Fe 3 O 4 ,   a n T i O 2   n a n o p a r t i c l e s   r e s u l t e d   i n   a n   i n c r e a s e   i n   t h e   l i g h t n i n g   i m p u l s e   b r e a k d o w n   v o l t a g e   v a l u e   a t   a   5 0 %   p r o b a b i l i t y .   S p e c i f i c a l l y ,   t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C omp E ng     IS S N:   20 88 - 8708       In fl ue nce  of  m et al partic le s s hape o direct   curre nt   volta ge  elec tri c p rope rti es     ( D ania r Fah mi )   57   b r e a k d o w n   v o l t a g e   v a l u e s   f o r   p u r e   m i n e r a l   o i l   i n c r e a s e d   b y   1 5 . 6 8 % ,   7 . 2 5 % ,   a n d   4 4 . 5 2 %   r e s p e c t i v e l y .   F u r t h e r m o r e ,   a   s t u d y   i n v o l v i n g   t h e   c o m b i n a t i o n   o f   t w t y p e s   o f   n a no p a r t i c l e s   r e v e a l e d   t h a t   a   m i x t u r e   c o m p r i s i n g   2 0 %   F e 3 O n a n o p a r t i c l e s   a n d   8 0 %   n a n o p a r t i c l e s   o f   S i O 2   l e d   t o   a   s i g n i f i c a nt   9 2 . 7 8 %   i n c r e a s e   i n   t h e   b r e a k d o w n   v o l t a g e   v a l u e   o f   m i n e r a l   o i l   [8] .   T y p i c a l l y ,   i n v e s t i g a t i o n s   p e r t a i n i n g   t o   n a n o f l u i d s   a r e   p r i m a r i l y   f o c u s e o n   t h e i r   p u r e   s t a t e ,   w h i l e   t r a n s f o r m e r   o i l   r e m a i n s   v u l n e r a b l e   t o   i m p u r i t i e s   u n d e r   c u r r e n t   c i r c u m s t a n c e s .   A m o n g   t h e   v a r i o u s   c o n t a m i n a n t s ,   m e t a l   p a r t i c l e s   p o s e   a   s i g n i f i c a n t   c o n c e r n ,   o r i g i n a t i n g   f r o m   v a r i o u s   s o u r c e s   s u c h   a s   d e t e r i or a t i n g   w i n d i n g s ,   i r o n   c o r e ,   t r a n s f o r m e r   b o d y ,   o r   p a r t i c l e s   i n t r o d u c e d   d u r i n g   i n s t a l l a t i o n   o r   m a i n t e n a n c e   p r o c e d u r e s   [9] [11] .   V a r i o u s   r e s e a r c h   i n v e s t i g a t i o n s   h a v e   d e l v e d   i n t o   t he   i n f l u e n c e   o f   m e t a l   p a r t i c l e s   o n   t h e   e l e c t r i c a l   p r o p e r t i e s   o f   t r a n s f o r m e r   o i l s .   T h e   p r i m a r y   e m p h a s i s   o f   t h e s e   s t u d i e s   w a s   o n   t h e   p a r t i a l   d i s c h a r g e   ( P D )   a n d   b r e a k d o w n   p r o p e r t i e s   o f   s p h e r i c a l   p a r t i c l e s   w h e n   s u b j e c t e d   t o   a   u n i f o r m   o r   q u a s i - u n i f o r m   e l e c t r i c   f i e l d   w i t hi n   m i n e r a l   o i l .   L i   e t   a l .   [12]   c o n d u c t e d   a   s t u d y   t o   e x a m i n e   t h e   e f f e c t   o f   s t e e l   b a l l s   o f   v a r y i n g   s i z e s ,   w i t h   r a d i u s   o f   0 . 5 ,   0 . 7 5   a n d   1   m m   u n d e r   q u a s i - u n i f o r m   e l e c t r i c   f i e l d .   T h e   f i n d i n g s   o f   t h e   s t u d y   r e v e a l e d   t h a t   t h e   d i s c h a r g e   a m pl i t u d e   s i g n i f i c a n t l y   i nc r e a s e s   w i t h   t he   a p p l i e d   v o l t a g e ,   p a r t i c u l a r l y   f o r   t h e   l a r g e r   p a r t i c l e s .   R e s e a r c h   a l s o   c o n d u c t e d   b y   W a n g   e t  a l .   [13]   p r o v e d  t h a t  t he   a l t e r n a t i n g  c ur r e n t  ( A C )   b r e a k d o w n  v o l t a g e   v a l u e  d e c r e a s e s  l i n e a r l y  b y  1 1 %  a s   t h e   s i z e   o f   t h e   m e t a l   p a r t i c l e s   i n c r e a s e s .   S a r a t h i   a n d   A r c h a n a   [14]   e x a m i n e d   t h e   P D   a c t i v i t y   b y   u t i l i z i n g   a     2   m m   d i a m e t e r   a l u m i n u m   b a l l   i m m e r s e d   i n   o i l .   T h e   e x p e r i m e n t a l   s e t u p   i n v o l v e d   a   s p h e r e   s e r v i n g   a s   t h e   t o e l e c t r o d e   a n d   a   s l i g h t l y   c o n c a v e   d i s h   a c t i n g   a s   t h e   b o t t o m   e l e c t r o d e .   T h e   f i n d i n g s   o f   t h i s   i n v e s t i g a t i o n   r e v e a l e t h a t   t h e   v o l t a g e   n e c e s s a r y   f o r   t h e   p a r t i c l e   t l e v i t a t e   a n d   i n d u c e   P D   e x h i b i t e d   a   p o s i t i v e   c o r r e l a t i o n   w i t h   t h e   a p p l i e d   f r e q u e n c y .   T h i s   r e s e a r c h   p a p e r   e m p h a s i z e s   t h e   l a c k   o f   s t u d i e s   t h a t   s p e c i f i c a l l y   i n v e s t i g a t e   n a n o f l u i d s   a n d   t h e i r   i m p a c t   o n   t r a n s f o r m e r   o i l  c o n t a m i n a n t s ,   p a r t i c u l a r l y  i n  t e r m s   o f   v a r i a t i o n s  i n   s h a p e   a n d   s i z e .   T h e   m a i n   o bj e c t i v e   o f   t h i s   r e s e a r c h   w a s   t o   e x a m i n e   t h e   e l e c t r i c a l   p r o p e r t i e s   o f   F e 3 O 4   n a n o f l u i d s   c o n t a i ni n g   m e t a l   p a r t i c l e s   by   s u b j e c t i n g   t h e m   t o   d i r e c t   c u r r e n t   ( D C )   v o l t a g e .   T h e   p r i m a r y   o b j e c t i v e   o f   t h i s   s t u d y   w a s   t o   g a i n   i n s i g h t   i n t o   h o w   t h e   p r e s e n c e   o f   m e t a l   p a r t i c l e s   a f f e c t s   t h e   e l e c t r i c a l   c h a r a c t e r i s t i c s   o f   m i n e r a l   o i l   t h a t   h a s   b e e n   m o d i f i e d   w i t h   Fe 3 O 4   n a n o p a r t i c l e s .   T h e   e x p e r i m e n t a l   f i n d i ng s   e n c o m p a s s e d   t h e   b r e a k d o w n   v o l t a g e   o f   t h e   n a n o f l u i d   a s   w e l l   a s   t h e   i n i t i a l   v o l t a g e   a t   w h i c h   p a r t i c l e - i n i t i a t e d   m o v e m e n t   ( l e v i t a t i o n   v o l t a g e )   o c c u r r e d .   A d d i t i o n a l l y ,   s i m u l a t i o n s   w e r e   c o n d u c t e d   u s i n g   f i n i t e   e l e m e nt   m e t h o d   ( F E M )   s o f t w a r e   t o   a s c e r t a i n   t h e   d i s t r i b u t i o n   o f   t h e   e l e c t r i c   f i e l d   i n   n a n o f l u i d s   c o n t a m i n a t e d   w i t h   m e t a l   p a r t i c l e s .   T h e   f i n d i n g s   s u p p o r t i n g   t h i s   c o r r e l a t i o n   h a v e   b e e n   p r e s e n t e d   a n d   a n a l y z e d   i n   a   s c h o l a r l y   m a n n e r .       2.   METHO D   2.1.   Oil   speci f ic at io ns   The  par a mete r exami ned   i the  oil  sp eci ficat ion incl ud e   densi ty,  viscosi ty,  flas point,   pour  point,   and  br ea kdow volt age.  Eac of  these   paramet ers  is   ass ociat ed  with   the  sta nd a r ds   e mp lo ye durin t he   te sti ng   pr ocess F ur the rm or e ,   each  s pecific at ion   par a mete is  li nk e t the  pe rforma nc of  the  oil  as  an   insu la to r wit hi tra nsfo rme rs. The  mine ral  oil specifica ti ons  for  t his stu dy  are  ou tl ine in   Table  1.       Table  1.   Oil  s pe ci ficat ion s   Prop erti es   Stan d ard   Valu e   Un it   Den sity   ISO  3 6 7 5   0 .86 6   Kg /m 3   Visco sity   ISO  3 1 0 4   21   cSt   Flash  po in t   ISO  2 7 1 9   146   C   Po u p o in t   ISO  3 0 1 6   - 34   C   Breakd o wn  vo ltag e   IE C 6 0 1 5 6   30   kV       2.2.  Te stin s etup   T h e   r e s e a r c h   i n v o l v e d   c o n d u c t i n g   l e v i t a t i o v o l t a g e   a n d   b r e a k d o w n   v o l t a g e   t e s t s   u n d e r   h i g h   D C   v o l t a g e   c o n d i t i o n s .   F i g u r e   1 ( a )   i l l u s t r a t e s   t h e   c o n f i g u r a t i o n   o f   t h e   t e s t   s e t u p   e m p l o y e d   i n   t h i s   s t u d y .   T o   a s s e s s   t h e   i m p a c t   o f   m e t a l   c o n t a m i n a n t s ,   n a n o f l u i d s   w e r e   t e s t e d   u s i n g   s p e c i a l i z e d   t e s t   m e d i a ,   a s   d e pi c t e d   i n   Fi g u r e   1 ( b )   T h e   o b j e c t i v e   o f   t h i s   e x p e r i m e n t   w a s   t o   a s c e r t a i n   t h e   i n f l u e n c e   o f   t h e   s h a p e   a n d   s i z e   o f   t h e   m e t a l   p a r t i c l e s   o n   t h e   e l e c t r i c a l   p r o p e r t i e s   o f   t h e   n a n o f l u i d s .   S p h e r i c a l   m e t a l   p a r t i c l e s   w i t h   di a m e t e r s   o f   1   a n d   3   m m   w e r e   u t i l i z e d ,  a l o n g   w i t h   c y l i nd r i c a l   p a r t i c l e s  o f   v a r y i n g   s h a r p n e s s ,   i n c l u d i n g   s h a r p ,   b l u n t ,  a n d   m i x e d   t y p e s   w i t h   a   d i a m e t e r   ( D )   o f   1 . 5   m m   a n d  a   l e n g t h   ( L )   o f   3   m m .   F i g u r e   2   p r e s e n t s   a n   i m a g e   o f   t h e   m e t a l   p a r t i c l e s   e m p l o y e d   i n   t h e   s t u d y .   F l a t   e l e c t r o d e s   w e r e   u s e d   f o r   t h e   t e s t s .   A   s e p a r a t i o n   d i s t a n c e   o f   1 0   m m   w a s   m a i n t a i n e d   b e t w e e e a c h   e l e c t r o d e   t o   f a c i l i t a t e   t h e   v i s u a l   o b s e r v a t i o n   o f   t h e   m e t a l   p a r t i c l e s   w i t h i n   t h e   o i l .   F i g u r e   2 ( a )   s h o w s   t w o   m e t a l   p a r t i c l e s   t h a t   a r e   s p h e r i c a l   i n   f o r m ,   e x h i b i t i n g   a   d i f f e r e n c e   i n   d i a m e t e r .   I n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec   &  C omp E ng,  V ol.  15 , No 1 Febr uary   20 25 :   56 - 66   58   c o n t r a s t ,   F i g u r e   2 ( b )   d e p i c t s   t h r e e   m e t a l   p a r t i c l e s   c h a r a c t e r i z e d   b y   a   c y l i n d r i c a l   s h a p e ,   e a c h   f e a t u r i n g   d i s t i n c t   e n d s .   T h e   t e s t   p r o c e d u r e   i n v o l v e d   g r a d u a l l i n c r e a s i n g   t h e   s u p p l y   v o l t a g e   a p p l i e d   t o   t h e   t e r m i n a l   e l e c t r o d e ,   w h i l e   c o n n e c t i n g   t h e   o t h e r   e l e c t r o d e   t o   t h e   g r o u n d .   T h e   s u p p l y   v o l t a g e   w a s   r a i s e d   u n t i l   t h e   m e t a l   p a r t i c l e s   b e g a n   t o   l e vi t a t e ,   ul t i m a t e l y   l e a d i n g   t o   t h e   o c c u r r e n c e   o f   a   s p a r k   i n   t h e   o i l .           ( a )   (b)     F i g u r e   1 .   T e s t i n g   ( a )   c i r c u i t   s c h e m e   a n d   ( b )   c h a m b e r           ( a )   (b)     F i g u r e   2 .   M e t a l   p a r t i c l e   ( a )   s p he r i c a l   a n d   ( b )   c y l i n d e r       2 . 3 .     P r e p a r a t i o n   o f   F e 3 O 4   n a n o f l u i d s   T h e   n a n o f l u i d   m a n u f a c t u r i n g   p r o c e s s   c o n s i s t e d   o f   t h r e e   m a i n   s t a g e s :   m i n e r a l   o i l   p r e c o n d i t i o n i n g,   n a n o p a r t i c l e   p r e c o n d i t i o n i n g ,   a n d   n a n o f l u i d   m a n u f a c t u r i n g .   T h e   f i r s t   s t a ge   i n v o l v e s   f i l t e r i n g   m i n e r a l   o i l   t o   r e m o v e   c o n t a m i n a n t s   t h a t   m a y   a f f e c t   i t s   d i e l e c t r i c   s t r e n g t h .   F o l l o w i n g   t h e   o i l   f i l t e r i n g   p r o c e s s ,   t he   h e a t e m i n e r a l   oi l   w a s   p l a c e d   i n   a   v a c u u m   o v e n   f o r   2 4   h o u r s   a t   a   t e m p e r a t u r e   o f   1 0 0   ° C   t o   r e m o v e   w a t e r   a n d   b u b b l e s   f r o m   t h e   o i l   [15]   In  the   sec ond  sta ge,  the   nano par ti cl es  unde r wen t   a   dr ying  process   for   12 min   at   20 0   to   re duce   the  hu midit y.  On ce   dri ed th na nopa rtic le we re  weig he a nd  mi xed  with  t he  mi neral   oil  us i ng  sti rr in process T his  e ns ure that  t he   na nopa rtic le wer e   eve nly  di stribu te th r oughout  the  oil.  The  sti r rin proces s   was  ca rr ie ou for  60  min  a te mp erat ure  of  50   °C   to  achieve  a   th oroug mi xtu r without  int rod ucin bubble   c on ta m inati on  [ 16] .   T able  disp la ys  the  dif fer e nt  c on ce ntrati ons   of  Fe 3 O 4   na no par ti cl es  blen de with  mineral  oil.       T a b l e   2 .   N a n o p a r t i c l e   c o n c e n t r a t i o n   v a r i a t i o n s   N a n o p a r t i c l e   C o n c e n t r a t i o n   ( g / l )   O i l   V o l u m e   ( m l )   M a s s   o f   F e 3 O 4   N a n o p a r t i c l e   ( m g )   S a m p l e   C o d e   0   300   0   MO   0 . 1   300   30   M O / F e - 1   0 . 3   300   90   M O / F e - 2   0 . 4   300   120   M O / F e - 3       T h e   f i n a l   s t a g e   i n v o l v e d   s o n i c a t i o n ,   i n   w h i c h   u l t r a s o n i c   w a v e s   w e r e   u t i l i z e d   t o   e n h a n c e   t h e   d i s s o l u t i o n   a n d   s t a b i l i t y   o f   t h e   n a n o p a r t i c l e s   i n   t h e   o i l .   T h i s   p r e v e n t s   t he   a g g l o m e r a t i o n   o f   t h e   n a n o p a r t i c l e s .   T h e   s o n i c a t i o n   w a s  p e r f o r m e d   f o r  1 2 0  m i n  a t  a  t e m p e r a t u r e  o f  3 0   ° C   [ 1 7 ] .  T h e  e n t i r e  n a n o f l u i d  p r o d u c t i o n  p r o c e s s  i s  i l l u s t r a t e i n   F i g u r e   3 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C omp E ng     IS S N:   20 88 - 8708       In fl ue nce  of  m et al partic le s s hape o direct   curre nt   volta ge  elec tri c p rope rti es     ( D ania r Fah mi )   59       F i g u r e   3 .   F e 3 O 4   n a n o f l u i d   p r o d u c t i o n   p r o c e s s       2 . 4 .     S i m u l a t i on   s e t u p   T h e   i m p a c t   of   t h e   f o r m   o f   c o n t a m i n a n t s   o n   t h e   b r e a kd o w n   v o l t a g e   o f   o i l   w a s   e x a m i n e d   b y   i n v e s t i g a t i n g   t h e   e l e c t r i c - f i e l d   d i s t r i b u t i o n   i n   n a n o f l u i d s   c o n t a i n i n g   m e t a l   p a r t i c l e s .   S i m u l a t i o n s   w e r e   c o n d u c t e o n   b o t h   s p h e r i c a l   a n d   c y l i n d r i c a l   p a r t i c l e s   t o   g a i n   a   d e e p e r   u n d e r s t a n d i n g   o f   h o w   t h e   i n t e n s i t y   o f   t h e   e l e c t r i c   f i e l d   i n f l u e n c e s   t h e   b r e a k d o w n   v o l t a g e .   T h i s   s t u d y   a i m e d   t o   p r o v i d e   a   m o r e   d e t a i l e d   a n a l y s i s   o f   t h e   r e l a t i on s h i p   b e t w e e n   t h e   f or m   o f   c o n t a m i n a n t s   a n d   t h e   b r e a k d o w n   v o l t a g e   i n   n a n o f l u i d s .   F E M - b a s e d   s o f t w a r e   w a s   u s e d   t o   c o n d u c t   t h e s e   s i m u l a t i o n s .   T o   a c c u r a t e l y   d e t e r m i n e   t he   e l e c t r i c   f i e l d   d i s t r i b u t i o n ,   t h e   r e q u i r e d   m a t e r i a l   p a r a m e t e r   v a l u e s   s h o u l d   i n c l ud e   m i n e r a l   oi l ,   n a n o f l u i d s ,   e l e c t r o d e s ,   a n d   m e t a l   p a r t i c l e   c on t a m i n a n t s   [18]   T h e   e l e c t r o s t a t i c   m o d u l e   w a s   u t i l i z e d   t o   g e n e r a t e   p h y s i c a l   q u a n t i t i e s   b y   a r r a n g i n g   t h e   a f o r e m e n t i o n e d   e l e m e n t s   i n   a   s p e c i f i c   m a n n e r .   T h i s   m o d u l e   s i m u l a t e d   t h e   e l e c t r i c   f i e l d s ,   e l e c t r i c   f i e l d i s p l a c e m e n t s ,   a n d   d i e l e c t r i c   p o t e n t i a l   di s t r i b u t i o ns   o f   t h e   m a t e r i a l s   e m p l o y e d .     =      (1)     W h e r e     i n d i c a t e s   t h e   t o t a l   c h a r g e   q u a n t i t y   d i s t r i b u t e d   o n   t h e   p a r t i c l e   s u r f a c e ,     i s   t h e   a p p l i e d   f i e l d   [19], [20] .   T h e   g o v e r n i n g   e q u a t i o n s   a n d   b o u n d a r y   c o n d i t i o n s   p l a y   a   c r u c i a l   r o l e   i n   e s t a b l i s hi n g   t h e   f o u n d a t i o n   o f   t h e   m o d e l   c o n f i g u r a t i o n ,   d i c t a t i n g   t h e   m a n n e r   i n   w h i c h   t h e   p h y s i c a l   p h e n o m e n a   a r e   r e p l i c a t e d   w i t h i n   t h e   s p e c i f i e d   g e o m e t r i c   c o n s t r a i n t s   a n d   u n d e r   p r e s c r i b e d   c i r c u m s t a n c e s .   T h e   f or m u l a t i o n s   o f   t h e   g o v e r n i n g   e q u a t i o i n   t h i s   s t u d y   a r e   a s   (2) :     . =     (2)     M a x w e l l ' s  e q u a t i o n   e l u c i d a t e s  t h e   c o r r e l a t i o n   b e t w e e n   t h e  e l e c t r i c   p o t e n t i a l   ( V )   a n d   t h e   e l e c t r i c   f l u x   d e n s i t y   ( D ) .   T h i s   e q u a t i o n   c a n   b e   d e d u c e d   f r o m   t h e   i n t e r c o n n e c t i o n   b e t w e e n   e l e c t r i c   f l u x   ( D )   a n d   e l e c t r i c   f i e l d   s t r e n g t h   ( E ) .     . =       (3)     T h e   r e l a t i o n s h i p   b e t w e e n   t h e   e l e c t r i c   f i e l ( )   a n d   t h e   e l e c t r i c   p o t e n t i a l   ( )   i e l e c t r o s t a t i c s   i s   r e p r e s e n t e d   b y   t h e   e x p r e s s i o n ,   w h e r e   c h a r g e s   a r e   s t a t i o n a r y   a n d   t h e r e   a r e   n o   t i m e - v a r y i n g   m a g n e t i c   f i e l d s .   T h e   e l e c t r i c   f i e l d   i s   d e t e r m i n e d   b y   t h e   g r a d i e n t   o f   t h e   e l e c t r i c   p o t e n t i a l ,   w i t h   t h e   n e g a t i v e   s i g n   i n d i c a t i n g   t h a t   t h e   e l e c t r i c   f i e l d   E   m o v e s   t o w a r d s   d e c r e a s i n g   e l e c t r i c   p o t e n t i a l   .   E s s e n t i a l l y ,   t he   e l e c t r i c   f i e l l i n e s   f l o w   f r o m   a r e a s   o f   h i g h e r   p o t e n t i a l   ( p o s i t i v e   c h a r g e s )   t o   l o w e r   p o t e n t i a l   ( n e g a t i v e   c h a r g e s   o r   r e g i o n s   w h e r e   t h e   p o t e n t i a l   d e c r e a s e s   a l o n g   t h e   g r a d i e n t )   [ 21 ] ,   [ 2 2 ] .   B o u n d a r y   c o n d i t i o n s   a r e   s e t   b y   d e f i n i n g   t h e   e l e c t r i c   p o t e nt i a l   o r   e l e c t r i c   f i e l d   a t   t h e   e d g e s   o f   t h e   m o d e l   g e o m e t r y .   T h e   p e r m i t t i vi t y   v a l u e ,   a s   i n d i c a t e d   i n   T a b l e   3 ,   w a s   u s e d   t o   c h a r a c t e r i z e   t h e   m a t e r i a l .   S u b s e q u e n t l y,   m e s h   m o d e l i n g   w a s   c o n d u c t e d ,   a s   i l l u s t r a t e d   i n   F i g u r e   4 ,   t o   e n h a n c e   t h e   r e s o l u t i o n   o f   s p a t i a l   c h a n g e s   i n   t he   e l e c t r i c   p o t e n t i a l   a n d   i m p r o v e   t h e   a c c u r a c y   o f   c a l c ul a t i n g   t h e   e l e c t r i c   f i e l d .   L a s t l y ,   t h e   f i x e d   p o t e n t i a l   o n   t h e   e l e c t r o d e   w a s   e s t a b l i s h e d   b y   d e t e r m i n i n g   t h e   v o l t a g e   d i f f e r e n c e   b e t w e e n   t h e   v o l t a g e   e l e c t r o d e   ( w i t h   a   s p e c i f i e v o l t a g e   i n p u t )   a n d   t h e   g r o u n d   e l e c t r o d e   ( s e t   a t   a   v o l t a g e   v a l u e   o f   0 ) .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec   &  C omp E ng,  V ol.  15 , No 1 Febr uary   20 25 :   56 - 66   60   Table  3.   Ele ct r ic  f ie ld  values   for  s pherical  a nd cy li nd rical  p arti cl es   Particle   Electr i c Field  (kV/ m m )   1  m m  Sph erica l   6 .31 8   3  m m  Sph erica l     6 .35 7   Sh arp Cy lin d er   2 3 .65 3   Blu n t Cy lin d er   8 .02 6   Mix Cy lin d er   2 4 .33 5           F i g u r e   4 .   M e s h   i m a g e s   o f   t e s t   o b j e c t s         3.   RESU LT S  AND DI SCUS S ION   3.1.   Le vit ati on  volt age te sti ng     T h e  v o l t a g e  a t   w h i c h  m e t a l  p a r t i c l e s  i n  o i l  s t a r t  t o  f l o a t  o r   b e c o m e  s u s p e n d e d  i s  k n o w n  a s  t h e  l e v i t a t i o n   v o l t a g e .   T h i s   v o l t a g e   r e p r e s e n t s   t h e   p o i nt   a t   w h i c h   t h e   e l e c t r o s t a t i c   f o r c e   b e t w e e n   t h e   p a r t i c l e   a nd   t h e   s u r r o u n d i n g   o i l   c a n   c o u n t e r a c t   t h e   g r a v i t a t i o n a l   f o r c e   a c t i n g   o n   t h e   p a r t i c l e .   T o   d e t e r m i n e   t h e   l e v i t a t i o n   v o l t a g e ,   a   s e r i e s   o f   t e s t s   w a s   c o n d u c t e d   o n   e a c h   p a r t i c l e   u s i n g   d i f f e r e n t   n a n o p a r t i c l e   c o n c e nt r a t i o n s .   T h e   t e s t s   w e r e   r e p e a t e d   f i v e   t i m e s   a n d   t h e   a ve r a g e   l e vi t a t i o n   v o l t a g e   f o r   e a c h   p a r t i c l e   a t   v a r y i n g   c o n c e n t r a t i o n s   w a s   c a l c u l a t e d .   Figure 5   il lustr at es  com par i so bet ween   t he   aver a ge  le vit at ion   volt ages o s pherical   an cylin dri cal   par ti cl es.   Th l evita ti on  volt age  of  t he   pa rtic le in   the   nano fluid  oil  was  hi gh e r   tha that  of  the   par ti cl es   in   the   pure  min eral  oil.  The  le vita ti on   volt age  va lues,  ar ra ng e i de scen di ng   orde r,   we r as  fo ll ows:  mm  sp he rical   par ti cl es  ha the   hi gh est   le vitat ion   vo lt ag e,  fo ll ow e by  blunt   cylin der  pa rtic le s,  mixe c yl ind er   par ti cl es,  sh a r c ylin der s a nd  fi nally,   mm  s pherical   par ti cl es  with  the  lo west  le vi ta ti on   volt age T hi ind ic at es  th at   there  is   dire ct   relat ion s hip  bet ween  pa rtic le   siz an l evita ti on   volt age.  Lar ger  part ic le require  gr eat e r   force  to  c ounteract  the  gravit at ion al   f orce,  res ulti ng   i hi gh e le vit at ion   volt ages .   This  ob s er vation  al i gn s   with   the   theo reti ca f or e cast ma de   by   T ob aze on   [ 23] ,   w hich   el uci date  th c orrel at ion  betwee the  li f ti ng   fiel ds   ( E d )   and the  ra diu (R) of t he pa rtic le s.           Figure  5.   Com par is on of a verage levit at io n vo lt age of   sph er ic al  and c ylindric al  p a rtic le s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C omp E ng     IS S N:   20 88 - 8708       In fl ue nce  of  m et al partic le s s hape o direct   curre nt   volta ge  elec tri c p rope rti es     ( D ania r Fah mi )   61     = 0 . 494 ( (   ) )     (4)     The   de ns it of  the   par ti cl es,  denoted   as   ρ s ,   and  th de ns it of  t he  oil,   de no te as  ρ l a re  im porta nt   factors  i the   giv e co ntext.   T he   gravit at ion al   acce le rati on,  re pr ese nte by   g,  an the   pe rmitt ivit of   the   par ti cl e, d e no t ed  as   ε,   al s pl ay  si gn i ficant r oles. Th e  p r ovided   f orm ula  il lustrate s   the   pro portio nal  c onne ct ion  betwee li ftin fiel ds   ( E d )   a nd  pa rtic le   ra di us   (R ).  It  i nd i cat es  that  as   the  par ti cl siz increa ses,   higher   li ftin fiel is  necessa ry to ac hieve  t he desir ed  e ff ect .   On  the   c on t rary,   pa rtic le th at   ha ve   pointe e nds   te nd  t dis play   lo we r   le vitat ion  vo l ta ges.  This   ob s er vation  al ign s   with  the   t heoreti cal   fra mew ork  est a bl ished   by  Fahm et   al.   [ 24] ,   who  f ound  tha as  the  su r face  a rea  of  the   pa rtic le   diamet er  i ncr e ased,   the re  wa c orres pondin rise  in   th ave rag e   discharge   current.   T he   de crease   in   pa rt ic le   diamet er   l eads   to   an   une ven  distrib utio of  t he   el ect ric  fiel a rou nd  the  ti and   t op  area  of  the  par ti cl e,  resu lt in in  more  no nunif orm  el ect ric  fiel d.   C on se quentl y,   higher   el ect ric  fiel inte ns it is  ge ner at e on  the  la rg e cro ss - sect io nal   area  of  the   pa rtic le le adin to   io nizat io n.   This   ion iz at io proc ess  trig ger a inc rease  in  t he   fiel val ue,   s ub s eq ue ntly  a mp li f ying  the  l evita ti on   f orce.   As  resu lt , sha rp - e dg e d pa rtic le s ex hi bit l ower l evita ti on   volt age  values  com par e t o blu nt  par ti cl es.     3.2.   Br ea kd own  volta ge  t es ting    The  mi nim um  volt age  re quir ed  to  i nduce  e le ct ri cal   conduct ivit in  a insu la ti ng  m at erial there b al lowing  c urre nt  to  pa ss  th rough,   is  know as  the  brea kdown  vo lt age   of  na nofl uid This  phe nome non  is   char act e rized  by  the  occ urr ence  of   s pa rk   or  s udde su r ge  i c urre nt  bet ween  th two  el ect rod es.  T determi ne  the  br ea kdow vol ta ge,   vo lt age   was  a pp li ed   to  the  el ect r ode an wa grad ually  inc rease un ti l   the  diele ct ric  s tren gth   of   t he  nano fluid   was  su r passe by  the  el ect rical   stress  ca us e by   the  hi gh  volt age.  I n   order  to   asses the  break do wn  volt age ,   a   series  of  te sts  wer e   co nducte on  in div i du a par ti cl es,  wit t he  con ce ntrati on  of   na nopar ti cl es  bein var ie s ys te mati cal ly.  T he  br ea kd own  vo lt a ge  te st  was  re peat ed  fi ve  ti mes, and dat a  w e re c ollec te on eac h occasi on.    Figure  il lustr at es  the  grap de picti ng  the   a ver a ge  br ea kd own  vo lt a ge  f or  sphe rical   an cylin dr ic al   par ti cl es.  T he  br ea kdow vo l ta ge  in   oil  f oll ow s   desce nd i ng  or der   from   highest  to   lo w est   as  m s pherical   par ti cl co nta minati on,  m sphe rical   pa rtic le   con ta m inati on ,   mixe cylin der  pa rtic le s,  bl un c yl ind e r   par ti cl es,  a nd  sh ar c ylin der  pa rtic le s.  This   ind ic at es  t hat  la rg er   pa rtic le   siz es  res ulted  i lo we br ea kdow vo lt age s.  The   spherical   pa r ti cl es  exh i bited  higher   br ea kdown   volt ag es  tha t he  c ylindric al   par t ic le s.  Sp eci fical ly,  c ylin dri cal  p a rtic le s w it s ha rp ed ges  le a to  low e r br ea kdown  volt ages .           Figure  6.   Com par is on  of a verage  br ea kdow n v oltages  of s pherical  a nd cy l indric al  p a rtic le s       The  break dow volt age  of  MO/Fe - oil  generall decr ea se for  al pa rtic le co mp a re t that   of  M O   oil.  H ow e ver,  with  an  i ncr ea se  in  the  na no par ti cl co nce ntrati on,  the re   is  an  increas in  the  break dow vo lt age   of   t he  oil,  as  e vid e nc ed  by  the   co nc entrati ons  of  M O/Fe - a nd  M O/Fe - 3.   The   break dow vo lt age  of   oil  con ta ini ng  sp he rical   pa rtic le te nd e d   to  increase  in  t he   M O/Fe - co nc entrati on  w he co mp a re wi th  MO   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec   &  C omp E ng,  V ol.  15 , No 1 Febr uary   20 25 :   56 - 66   62   oil.  T his  sug ge sts  that  t he  pre sence   of  spher ic al   par ti cl es  i t he  na noflui oil  on l e nh anced  the   br ea kdown   value,  par ti cul arly  at   the   M O /Fe - co nce ntr at ion .   O the   ot her   ha nd,  oil  c on ta ini ng   c ylin dr ic al   par ti cl es   te nds   to  ex hib it   de cl ine  in  perf ormance   f or  na noflui oil,  inclu ding  MO/Fe - 1,   MO/Fe - 2,   a nd  M O/Fe - 3,  a s   ind ic at ed   by  a   lo wer  br ea kdown   volt age   va lue  in   c ompa rison  t MO  oi l.  This   in dicat es  that   the   im pact  of   cylindri cal  p a rt ic le s o n   the  na noflui d oil  lead s to  a  r e du ct i on in  the  brea kdown  volt age.   Figure  pr ovides  a   vis ual  represe ntati on  of  t he  a bili ty  of  Fe 3 O 4   na nopa rtic le to   e nh a nce   th e   diele ct ric  stre ng t of  mine r al   oil.  W he su bject e t a el ect ric   fiel d,  the   Fe 3 O 4   nano fluid s   e xhibit   a   ph e nome non  wh e re p os it ive ion   c harges  ac cum ulate   on  th su r face o t he   Fe 3 O 4   na nopa rtic le s.  These p os it ive   charges  t hen  at tract   ne gative  i on s resu lt in i the   f ormat io of   a el ect ric   double   la ye ( EDL ).   T he  c ompact   la yer ,   loc at ed   near  the   Fe 3 O 4   s urface,   c on si sts  of   ne gativel cha rg e io ns  that   are   tra ppe an dra wn  to wards   the  Fe 3 O 4   s urf ace.  As  t he  dis ta nce  from  t he   Fe 3 O 4   surfa ce   increases the  charge  den sit in  the  co mpa c la yer   gr a dual ly  decre ases  unti it   re aches  ze ro  in   the  el ect rical ly  neu t ral  re gion  of  the  flui d.   T he   ions  pr ese nt  i this   reg i on  are  known   as  th di ffuse  la yer ,   w hi ch  e xp e rience s   le ss  in flue nce   from   el e ct ro st at ic   interact ions  with   the Fe 3 O 4   na no par ti cl es  [ 25] .   D u e   t o   t h e   i n c o r p o r a t i o n   o f   c o n d u c t i v e   F e 3 O 4   n a n o p a r t i c l e s ,   t h e   t r a n s f o r m a t i o n   o f   t h e s e   n a n o p a r t i c l e s   i n t o   m i c r o p a r t i c l e s   t a k e s   p l a c e ,   r e s u l t i n g   i n   a n   a u g m e n t a t i o n   o f   t h e   a t o m i c   s i z e   o f   t h e   m e t a l   p a r t i c l e s ,   a s   d e p i c t e in   F i g u r e   8 .   T h i s   p h e n o m e n o n   i s   a t t r i b u t e d   t t h e   i n t e r c h a n ge   o f   v a l e n c e   e l e c t r o n s   a m o n g   t h e   p a r t i c l e s ,   l e a d i n t o   t h e   t h i c k e n i n g   o f   t h e   l a y e r   o f   e l e c t r o n s   s u r r o u n d i n g   t h e   m e t a l   p a r t i c l e s .   C o n s e q u e n t l y ,   t h i s   h a s   r e p e r c u s s i o n s   o n   e n h a n c i n g   t h e   c o n d u c t i v i t y   o f   t h e   s p e c i m e n   u n d e r   e x a m i n a t i o n ,   t h e r e b y   c a u s i n g   a   r e d u c t i o n   i n   t h e   b r e a k d o w n   v o l t a g e   v a l u e   o f   t he   i n s u l a t i n g   o i l   w h e n   c e r t a i n   c o n d i t i o n s   a r e   m e t .           Figure  7.   Brea kdown   m ec hani sm in Fe 3 O 4   n anoflui d           Figure  8.   F or m at ion   of  ne F micr op a rtic le by F e 3 O 4   na nopa rtic le s       3.3.   El ectric   f ie ld distribu tion  sim ula tion    The   FE M - base softwa re  C O M S OL   5.6   wa util iz ed  to   c onduct   sim ulat ion s   on  t he  dis tribu ti on   of   el ect ric  fiel ds .   Var ia ti ons  i t he  c oncentrati on  of  na nopa rtic le resu lt e i discre pa ncies  in  t he  value s   of  t he  Re la ti ve  Permi tt ivit pa ramet er  for  t he  na nofluid.  T hese   s pe ci fic  pa ramet er  values   wer e   inco rpor at e i nt the   so ft war e   th rou gh  mate rial   de finiti on.  T he   meta pa rtic le we re  posit ione betwee th e   tw el ect r od es  at   t he   center.   P ure  mineral   oil   an na noflui ser ve a t he   ins ulati ng  mate rial s   s urrou nd i ng  t he   el ect rodes   a nd  meta l   par ti cl es.  volt age  of  30  kV   was  a ppli ed  t the   te rmi nal  el ect ro de wh i ch  was  determ ined  by  a ver a gi ng   t he   small est   Break d ow V oltage  values  obta ine f rom  var i ou s   te sts  with  different  var ia ti on s.  S ub se quentl y,   t he   oth e el ect r od e  w as  co nnect ed  to  the  gr ound.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C omp E ng     IS S N:   20 88 - 8708       In fl ue nce  of  m et al partic le s s hape o direct   curre nt   volta ge  elec tri c p rope rti es     ( D ania r Fah mi )   63   Figures   a nd  10  dep ic t he  r ecorde el ect ri fiel values   in  MO  oil  that   has  bee c onta minate with   bo t s pherical   and   c ylindric al   meta par ti cl es.  It   is  obser ve t hat  the   el ect ric  fiel value  in  the   oil  c onta inin g   sp he rical   par ti cl es  with   a   diamet er  of  m s how in   F igure  9(a)   is   c omparati vel s mall er,  meas uri ng  at   6.32 × 106  V/m.   O t he  oth e hand,  the   el ect ric  fiel val ue  for  s pherical   pa rtic le with   diamet er   of  mm  a s   seen   in   Fi gure   9( b)  is   sli gh tl hi gh e r,  mea su ri ng  at   6.3 106  V/ m.   T hi obse rv at io ind ic at es  t hat  as  the   par ti cl siz i ncr ease d,  the   measu red  el ec tric   fiel valu al so   i ncr ea s ed  wh ic le a ds  to  l ow e v a lue  of   br ea kdow n vo l ta ges.   In  the   case   of  oil  co ntainin cylindri cal   part ic le s,  the  el ec tric   fiel val ue   dif fers  de pendin on  t he   sh a pe  of  the   pa rtic le s.  F or  s ha rp  cyli ndrical   par ti cl es   in   Fi gure   10 (a) ,   the   e le ct ric  fiel val ue  was   meas ured  at   2.36 × 10 4   kV / m.  Co nversel y,   for  blunt  cylinde par ti cl es   as  seen   in  Fig ure  10( b) the   val ue  was    8.03 × 10 3   kV/m.  Furthe rm ore,  for  t he  c ylin der  mi par ti cl es   dep ic te in   Figure   10(c ) ,   t he  el ect ric   fiel value   was  rec orde a 2.4 3×10 4   kV / m.  T his  fin di ng  de m on st rates  that  cylin dr ic a par ti cl es  with   sh a rp   ti ex hi bit  higher  el ect ric   fiel val ue  co mp a red   t th ose   with  blunt  ti p.   Table  pr esents  the  el ec tric   fiel val ue for   each  pa rtic le It  is  evide nt  that  the  el ect ric  fiel value  i cl os el ass oc ia te with  th br ea kd own  vo lt age ,   wh e re by  a i nc rease  i t he  el ect ric  fiel value  le a ds  to   de crease  i t he   br ea kdow volt age  value   of   the  te st   sample.           (a)   (b)     Figure  9. Ele ct ric fiel d o s pherical  p a rtic le s ( a)  1 mm a nd  ( b) 3 mm           (a)   (b)         (c)     Figure  10. Elec tric  f ie ld  of cyl indric al  p a rtic le s ( a s harp,  (b ) blu nt,  a nd ( c )  mixe d     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec   &  C omp E ng,  V ol.  15 , No 1 Febr uary   20 25 :   56 - 66   64   4.   CONCL US I O N   The   stu dy  on  t he  im pact   of  c on ta mi nan t   s ha pes   on   the   el ect rical   pro pert ie of  nano flu id  has   bee com plete d.   T he   researc fi nding in dicat that  la rg e pa rtic l siz es  necessit at hig her   vo lt age  f or   le vi ta ti on,   wh e reas  s harp er  pa rtic le re qu i re  lo wer   l evita ti on   vo lt a ge.   More ov e r,   the  co nce ntrati on   of  na noflui al so  plays   a   r ole  i deter minin the   le vitat io volt age   le ve l.  O the   oth er   hand,  the   exa minati on   of   oil  con ta mi nated   with  meta pa rtic le us i ng  break dow volt age  te sti ng  de monstrate an   in ver se   c orre la ti on  betwee pa rtic le   siz a nd  breakdo wn  vo lt a ge  value .   A dd it ion al ly,   the   br ea kdow vo lt age  te sti ng  of  oil   con ta mi nated wit s ph e rical   and cylin dr ic al  met al  p arti cl es  r eveals t hat th e p re sence  of c ylindric al  p a rtic le s in  the  oil  le ads   to   lo wer  brea kdown   volt age   va lues  c ompar e t s pherical   par ti cl es.  Re s ul ts  from   el ect ri fiel d   simulat ion s   ca rr ie out  with   sp eci al iz ed  s of t war s how   that  the  el ect ri fiel v al ue  within  oil - c on t ai nin par ti cl es  i ncr e ases  with   the   siz of   the   part ic le Furthe rm or e it   has   bee est ablishe that  t he  el ect ri fiel d   value o the  si de of  a c ylindri cal  p arti cl e w it sh a rp ti is  higher  tha tha t on the  blunt t i si de.       ACKN OWLE DGE MENTS   The  a utho rs  would  li ke  t ex pr es thei r   sincer gr at it ud e   to   the  la bora nts  i the   High  Vo lt a ge  Lab or at or y,   De par tme nt  of  El ect rical   En gin e erin g,   I ns ti tut  Tek no l og Sepulu N op e mb e r,   f or  their   in va luable   assist ance  in   c onduct ing  the   exp e rime nts  for  this   stu dy.  T heir  e xperti se  and  ded ic at io we re  es sentia to  t he   su ccess fu c omplet ion  of  th is  researc h.   T hey   al s pro vid al the  nec essar eq uipm ent  an inst rument s   require to  s upport this  resea r ch  in  achie ving  it s f inal  ou tc ome s.       REFE RENCE S   [1]   I.   M.   Y.   Neg ar a,   D.  Fah m i D.   A.   Asfani ,   I.   G .   N.   S H ernan d a,  M.   W ah y u d i,  an d   M.   N .   Ibrahi m ,   Ef f ect   o floatin g   m eta lli c   p articles  in   p r e - b r eakd o wn   an d   b reakd o wn   ch arac teri stics   o o il  t rans f o rm er   u n d er  DC   v o ltag e,”  Ener g ies v o l.  1 4 n o 1 2 ,     Ju n 2 0 2 1 d o i: 1 0 .33 9 0 /en 1 4 1 2 3 6 6 9 .   [2]   M.   M E m ara  et  a l . “Ther m al  an d   d ielectric  p er form an ce  o ester  o il - b ased   p en ty l - g raph en n an o fluid s,”  IE E Tra n sa ctio n o n   Dielectri cs a n d  E l ectrica l I n su la tio n p p 1 1 2 0 2 2 d o i : 10 .11 0 9 /TDE I. 2 0 2 2 .31 6 3 8 1 4 .   [3]   B.  X Du X .   L.   L i,  an d   J.   Li,   “The r m al   co n d u ctiv ity   an d   d ielectric   ch ar acter istics   o trans form e o il   fill ed   with   b n   an d   Fe 3 O 4   n an o p articles,”   IE EE   Tra n sa ctio n o n   Dielectrics  a n d   Electrica Ins u la tio n v o l.  2 2 n o 5 p p 2 5 3 0 2 5 3 6 Oct.  2 0 1 5   d o i: 10 .1109 /TDE I .20 1 5 .0050 7 9 .   [4]   K.  N.  Ko u tras  et   a l. “Dielect ric  a n d   th erm al  resp o n se  o T i O 2   an d   SiC  n atu ral  ester   b ased   n an o fluid s   for  u se  in   p o we t r a n s f o r m e r s ,   I E E E   A c c e s s ,   v o l .   1 0 ,   p p .   7 9 2 2 2 7 9 2 3 6 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A C C E S S . 2 0 2 2 . 3 1 9 4 5 1 6 .   [ 5 ]   J .   G .  H w a n g ,   M .   Z a h n ,   F .   M .  O S u l l i v a n ,   L .   A .  A .   P e t t e r s s o n ,   O .  H j o r t s t a m ,   a n d  R .   L i u ,  “ E f f e c t s  o f  n a n o p a r t i c l e   c h a r g i n g  o n  s t r e a m e r   d e v e l o p m e n t   i n   t r a n s f o r m e r   o i l - b a s e d   n a n o f l u i d s ,   J o u r n a l   o f   A p p l i e d   P h y s i c s ,   v o l .   1 0 7 ,   n o .   1 ,   2 0 1 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 6 3 / 1 . 3 2 6 7 4 7 4 .   [6]   J.  Fal,  O.  Mahian an d   G.  Zyła,   “Nan o fluid in   th serv ice  o h ig h   v o ltag trans form ers:  Br ea k d o wn   p rop erties  o trans for m er  o ils  with  nan o p articles,  a r ev ie w,”  Ener g ies v o l.  1 1 n o 1 1 2 0 1 8 d o i: 1 0 .33 9 0 /en 1 1 1 1 2 9 4 2 .   [7]   Q.  Ch en A Bero u al,  W Si m a an d   P Su n “AC  an d   lig h tn in g   im p u lse  b reakd o wn   v o ltag co m p arative  stu d y   o f   m in eral   o il - b ased  Fe 3 O 4 Al 2 O 3 an d   T i O 2   n an o fluid s,”   IE EE   Tra n sa ctio n o n   Dielectrics  a n d   Electrica Ins u la tio n v o l.  3 1 n o 1 p p 2 7 8 2 8 7 ,   2 0 2 4 d o i: 1 0 .11 0 9 /TDE I. 2 0 2 3 .33 0 9 7 7 0 .   [8]   A.  Be rou al  an d   U .   Kh aled ,   “E ff ect   o n an o p articles’   m ix tu res  o n   AC  b re ak d o wn   v o ltag o m in e ral  o il ,”  IE E Tra n sa ctio n o n   Dielectri cs a n d  E l ectrica l I n su la tio n v o l.  2 8 n o 4 p p 1 2 1 6 1 2 2 2 2 0 2 1 d o i: 10 .1109 /TDE I .20 2 1 .0095 4 5 .   [9]   C.  Pan J.   Tang X.  T ao Y.   Zhan g an d   S.  Ma,   “Par tial  d isch arge  an d   b reakd o wn   ch ara cteristics  o f   m o v i n g   trans form e o il   co n tam in ated   b y   m etallic  p a rticles,”   IE E Tra n sa ctio n o n   Dielectrics  a n d   Electrica Ins u la tio n v o l.  2 5 n o 5 p p 1 7 7 4 1 7 8 4 2 0 1 8 d o i: 1 0 .11 0 9 /TDE I. 2 0 1 8 .00 7 1 8 2 .   [10 ]   J. T S Ma  e t al. ,  “ Inv estig atio n  of partial dis ch arge  between   m o v in g  charged  m etal  particles  and  elect rod es in  i n su latin g  oil u n d er  flow  state   an d   AC   co n d itio n ,”  IE E Tra n sa ctio n o n   Dielectrics  a n d   Ele c tr ica Ins u la tio n v o l.  2 3 n o 2 p p .   1 0 9 9 1 1 0 5 2 0 1 6 ,   d o i: 10 .1109 /TDE I .20 1 5 .0054 4 8 .   [11 ]   P.  W an g N.   Zhan g J.  Xu J Zhan g an d   B.  He,  “Ch arg in g   ch arac teristics  o m ic romete r - siz e d   m etal  p a rticles  a n d   th eir  eff e cts  o n   p artial  d isch arge  o in su latin g   o il  i n   flowin g ,”  IE E E   Tra n sa ctio n o n   Dielectrics  a n d   Electrica Ins u la tio n v o l.  3 0 n o 3 ,     p p 1 1 4 5 1 1 5 3 2 0 2 3 d o i: 10 .1109 /TDE I. 2 0 2 2 .32 3 3 0 0 8 .   [12 ]   J.  Li,   Q.  Hu X.  Z h ao X.  Yao Y Y ao   an d   Y.  Yao “P artial - d isch arge  ch arac te ristics  o f re sp h erica co n d u ctin g   p articles  u n d e r   AC co n d itio n  in trans form er  oils ,”  IE EE  Tra n sa ctio n s o n  P o wer  Delivery v o l.  2 6 n o 2 p p 5 3 8 5 4 6 2 0 1 1 .   [13 ]   K.  W an g F.  W an g J.  Li,   Q.  Zhao G.  W en an d   T.   Z h an g “Ef fect  o m etal  p articles  o n   th electric al  p rop ert ies  o m in eral   an d   n atu ral  ester   o ils, ”  I EE E   Tra n sa ctio n o n   Dielectri cs  a n d   Electrica l   Ins u la tio n v o l.  2 5 n o 5 ,   p p 1 6 2 1 1 6 2 7 2 0 1 8 ,     d o i: 10 .1109 /TDE I .20 1 8 .0069 0 9 .   [14 ]   R.  Sarathi  an d   M.   Archan a,  “Inv estig atio n   o p artial  d is ch arge  activ ity   b y   co n d u ctin g   p article   in   trans form e o il  u n d er  h arm o n ic   AC  v o ltag es  ad o p tin g   UHF  tech n iq u e,”  IE EE   Tra n sa ctio n o n   Dielectrics  a n d   Elec trica Ins u la tio n ,   v o l.  1 9 n o 5   p p 1 5 1 4 1 5 2 0 2 0 1 2 d o i: 10 .1109 /TDE I. 2 0 1 2 .63 1 1 4 9 5 .   [15 ]   P.  Muan g p ratoo m   an d   N Pattan ad e ch “Br eakd o wn   a n d   p artial  d isch ar g ch arac t eristics   o m in eral   o il - b as ed   n an o fluid s,”  I E T   S cien ce,  Mea su remen t an d  Techn o lo g y v o l.  1 2 n o 5 p p 6 0 9 6 1 6 2 0 1 8 d o i: 10 .10 4 9 /iet - s m t.20 1 7 .00 8 0 .   [16 ]   Y.  Yu ,   A.   M en d o za - Garc ia,  B N in g an d   S.  Su n ,   “Co b alt - su b stitu t ed   m ag n et ite  n an o p articles  an d   th eir  ass e m b ly   in to   fer ri m ag n etic nan o p article  a rr ay s,”   A d va n ced Ma teria ls v o l.  2 5 n o 2 2 p p 3 0 9 0 3 0 9 4 2 0 1 3 d o i: 10 .10 0 2 /ad m a.20 1 3 0 0 5 9 5 .   [17 ]   T.   W Lin  an d   H.   C.   W en g Elect r o statically   stab iliz ed   n an o fluid   p reparation   b y   ch e m i c al  co - p re cip itatio n   an d   th e   ef fect   o p article  size  on  nan o fluid  vis co sity ,”  S ma rt S cien ce v o l.  6 n o 3 p p 1 9 7 2 0 4 2 0 1 8 d o i: 10 . 1 0 8 0 / 2 3 0 8 0 4 7 7 .2018 .14 5 6 7 1 3 .   [18 ]   Y.  Y.   W an g Y L.   Li,   C.   W ei,   J.   Zhan g an d   X.   Li,   “Co p p er  p arti cle  eff ect   o n   th e   b rea k d o wn   stren g th   o in su latin g   o il  at   co m b in ed   AC  an d   DC  v o ltag e,”  J o u rn a o Electrica Eng in eerin g   a n d   Tech n o lo g y v o l.  1 2 n o 2 p p 8 6 5 8 7 3 2 0 1 7   d o i: 10 .5370 /JEET .20 1 7 .12 .2.8 6 5 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C omp E ng     IS S N:   20 88 - 8708       In fl ue nce  of  m et al partic le s s hape o direct   curre nt   volta ge  elec tri c p rope rti es     ( D ania r Fah mi )   65   [19 ]   C.  Gu ,   J.   Zho u J T an g X Luo W Zhu ,   an d   M Zhu “Inv estig atio n o p artial   d isch arge  ch ar acter isti c o m o v in g   m eta p articles  in   t rans form e o il  flow  u n d er  AC  v o ltag e,”  in   2 0 1 8   Inte rn a tio n a Co n fere n ce  o n   Pow er  S ystem  Tech n o lo g y,   POWE RCON 2 0 1 8   -   Pro ceedin g s 2 0 1 8 p p 3 3 8 3 3 3 8 8 d o i:  1 0 .11 0 9 /POW ERCON.2 0 1 8 .86 0 2 2 8 8 .   [20 ]   C.  Pan ,   J.  Tang Y Zhan g X.  Luo a n d   X.  Li Vari ati o n   o d isch arge  ch arac te ristics  wi th   t em p eratur in   m o v in g   trans form e o il   co n tam in ated  by  metallic p arti cles,”  I EE E  A cc ess v o l.  6 p p 4 0 0 5 0 4 0 0 5 8 2 0 1 8 d o i: 10 .11 0 9 /ACC ESS. 2 0 1 8 .28 5 6 5 8 0 .   [21 ]   R.  E.   Sm al lm an   a n d   R.  J.  Bis h o p “Mod ern  p h y sical  m etallu rgy   an d   m ate rials  en g in eer in g scien ce,  p rocess ap p licatio n s,”  Butter wo rth  Heinema n n p p 3 2 0 3 5 0 1 9 9 9 .   [22 ]   W Gu an   et  a l. Fin ite  ele m en m o d elin g   o h eat  tran sfer   i n   a   n an o fluid   filled   trans for m e r ,”  IE E E   Tra n sa ctio n o n   Ma g n etics   v o l.  5 0 n o 2 p p 2 5 3 2 5 6 2 0 1 4 d o i: 10 .11 0 9 /TM AG. 2 0 1 3 .2 2 7 9 4 7 9 .   [23 ]   R.  Tob azeon “B eh av io u o sp h erica an d   cy lin d ric al  p articles   in   an   in su latin g   liq u id   su b jected  to   DC  u n iform   fie ld ,”     in   12 th   Inter n a tio n a l Co n feren ce Co n d u ctio n  and Brea kd o wn  in Dielectric Liq u id s 1 9 9 6 p p .  41 5 4 2 0 .   [24 ]   D.  F ah m i,   H A.   Il lias,  H .   Mok h lis,  a n d   I.   M.   Y Neg ar a,  Nu m e rical   in v estig atio n   o n eg at iv co ron d isch ar g fr o m   p rotru sio o n   p arallel  p lan electrod es  in   ai i n su latio n ,”  IE E Tra n sa ctio n o n   Plas ma   S cien ce v o l.  5 0 n o 1 0 p p 3 8 3 0 3 8 3 8 2 0 2 2 ,     d o i: 10 .1109 /TPS.20 2 2 .3 2 0 5 3 8 1 .   [25 ]   H.  Jin T An d rits ch I.   A.  Tsek m es R.  Ko ch eto v P.   H.  F.   Morsh u is,  an d   J.  J.  Sm it “P rop erties  o m in er al  o il  b ased   silica  n an o fluid s,”  IE E Tra n sa ctio n o n   Dielectrics  a n d   Electrica In su la tio n v o l.  2 1 n o 3 p p 1 1 0 0 1 1 0 8 2 0 1 4   d o i: 10 .1109 /TDE I .20 1 4 .6832 2 5 4 .       BIOGR AP HI ES OF  A UTH ORS         Dan iar   Fahmi           re ce iv ed  the  B . Eng.  and   M. En g.   d egr ee s   in   ele ct ri ca l   eng ineer in g   from  the  Sepulu Nopemb er   Instit ut e   of  Technol ogy  (IT S),   Sura baya ,   Indon esia,   in   2011   and   2013,   respe c ti ve ly.  He   had   Ph. D.  d egr ee  in   elec tr ic a l   engi n eering  wi th   Unive rsiti  Mala y a ,   Kuala   Lum p ur ,   Mala ysia   in  202 3.   He   has  b ee a   lectur e in   ITS  Suraba ya  sin ce  2014.   He   has   al re ady   ta k en   p art  in   mor e   th an   30   publ ic a ti ons .   His   cur ren t   r ese arc h   int er ests  i ncl ude   hig volt ag (HV gene ra ti on,   par t ial  discha rg (PD me asur em en and  modeling ,   t ran sform er   insula ti on ,   and  g as  insulation cha rac t eri sti cs.   He   c an  be   con ta c te d   at :   daniarfa h mi@ ee . it s.a c.id.         Muhammad   Fadlan  Akbar           is  an  und erg rad uat e   student  m ajoring  in   elec tri c a l   engi ne eri ng.   Cur ren tl ta king   ma ster’ d egr ee i the  study  field   o power  sys tem  engi n ee r ing  and  serve as  a assistant   coor dina tor  in  High  Volta ge  La bor atory ,   Depa r tm en t   of  Elec tr ical   Engi ne eri ng,   In stit ut   T eknol ogi   Sepuluh   Nope mbe r   (IT S).   He   c an  b e   contac t ed  at  emai l:   5022201171@s tude nt.its. a c.id.         Made  Yu li stya  Negar         recei ved  B. Eng.   d egr ee   in  e le c tric al   eng ine e ring  fro m   the   Inst it ut   Te kn ologi   Sepuluh   N opem ber ,   Surab aya ,   Indone si a,  i 1994,   the  M.Sc.   d egr e in   el e ct ri ca l   engi n e eri ng   from   Univ ersit a et  Karl sruh e,  Deutsc h la nd ,   Germ any,  in   20 01,   an d   th Ph.D.  degr ee  fr om  th Dep artm ent   of   E lectr i ca l   Engi n ee r ing,  Kyus hu  Univer sit y,   Fukuoka ,   Japa n,   2006 .   By   the   end  of   202 1,   he   was  appointed  as  fu ll   pr ofe ss or  at   the   D epa rt me nt   of   El e ct ri ca l   Eng in ee ring ,   Inst it ut   Te knologi  Sepul uh  Nopembe r .   His  rese ar ch  in t ere sts  in cl ude   die l ec tr ic   ma t er ia d ia gnosti c,  tra nsien on  hi gh - volt ag eng i nee ring ,   e lectr o stat ic,  and  rel i abi l it y.   He ca be contacted at   email:   yul istya@ ee . it s.a c.id.         Gus ti  Ngu ra Satriyadi  Hernan da          re ce iv ed  b ac h elor’s   degr e in   th e   Depa rtment  of   El e ct ri ca l   Engi n ee ring ,   Insti tut   Te knologi  Sepul uh  Nopembe (I TS),   in  1997 .   Master ’s  degr e e   at  the  Instit u T eknol ogi   Bandu ng  (IT B)  in  200 1,   and   Doctor al   educ a ti on  at  ITS  in  2020 .   Sin ce   2002   he   has  b ee lectur er   a the   Dep artme nt   of  Elec t rical   En gine er ing  of   ITS,   Surab aya,   Indone si a.  His  rese arc h   fi el d   is  ma in ly  in  dia gnosis  of   e l ec tr ic  power   equi pm ent ,   h igh   volt ag pheno me na ,   high  vo ltage  insul at ion .   He  ca b conta ct ed  at   em a il :   didi t@e e.it s.a c.i d.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.