유한요소법과 트리즈(TRIZ)를 사용한 까치 둥지 형성이 불가능한 단일형 완금 개발

Abstract

최근 급격한 도시화에 따라 수목이 줄어들면서 조류가 둥지를 틀 공간이 상대적으로 부족해졌다. 그 중에서도 까치는 철탑 및 전주에 마구잡이로 둥지를 짓고 있다. 이로 인하여 정전 사고가 종종 발생하는데 이에 따른 피해는 매년 증가하고 있다. 까치가 전신주에 집을 짓는 이유는 전선을 연결해 주는 겹완금이 사다리 형상을 이루고 있어 둥지를 짓기에 매우 안전한 구조이기 때문이다. 까치 둥지의 재료는 나뭇가지, 철사, 용접봉 등인데 이것에 의해 전선과 다른 부속품간의 연결고리가 형성되면 정전사고가 발생한다. 따라서, 기존 완금 두개의 강도를 발휘할 수 있는 단일형 완금을 개발하여 전신주에 적용함으로서, 더 이상 까치가 전주에 둥지를 틀지 못하도록 개선할 필요가 있다. 본 연구에서는 한전에서 제시한 기존형 단일 완금을 사전 해석하여 응력 분포와 변형량을 파악하였고, 이를 설계의 기초값으로 활용하였다. 유한요소법을 활용하여 다양한 모델의 응력 해석을 실시하였으며, 최종적으로 3중관 형태의 단일형 완금을 설계하였다. 이를 통해 단면 직경을 기존 9cm에서 8cm로 줄였으며 무게도 28kg에서 24.5kg 으로 3.5kg 감량하였다. 또한 보다 굽힘이 쉬운 ATOS 60을 사용함으로써 가공성을 높였다. 본 모델은 기존의 모델에 비해 설치가 용이하며 조류둥지 억제를 위한 완금텐트, 바람개비 등이 불필요함으로 배전설비 간소화 할 수 있는 장점이 있다. 그리고 요즘 들어 새로운 설계 방법론으로 각광받고 TRIZ를 사용하여 다른 각도에서의 완금 설계를 시도하였다. 그 결과 ‘굽힘강성 증가를 위한 관의 두께 및 길이 변경’이라는 최적화 문제의 관점에서 벗어나 다른 결론을 이끌어 낼 수 있었다. 최종적으로 TRIZ 의 방법론 중 하나인 ‘사전 조치 원리’를 선택하였으며 그 결과 Parametric Study와는 전혀 다른 모델을 설계할 수 있었다. Radical Innovation 으로 대변되는 오늘날의 제품 설계는 기존 시스템의 30% 이상의 효율 향상을 요구하고 있다. 본 논문에서는 FEM 결과와 TRIZ 를 효과적으로 사용함으로써 이러한 ‘근본혁신설계’의 한 가능성을 보여주었다고 생각한다.