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2021년 12월 15일 (수) 04:06 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 배전선로의 조류 퇴치 장치 영문 : Birds repelling apparatus of distribution line

과제 팀명

SAS

지도교수

홍완식 교수님

개발기간

2021년 9월 ~ 2021년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 신소재공학부·과 20164500** 김** (팀장)

서울시립대학교 신소재공학부·과 20164500** 김**

서울시립대학교 신소재공학부·과 20164500** 박**

서울시립대학교 신소재공학부·과 20164500** 서**

서울시립대학교 신소재공학부·과 20164500** 장**

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

◇ 후술할 모델을 통해 까마귀를 퇴치하는 방법은 다음과 같다.
1. 까마귀가 전선에 착지 시, 진동 센서와 모션감지 센서를 이용하여 전선의 진동과 까마귀를 감지한다.
2. 태양광 패널로부터 생산한 전력을 이용하여 모터와 회로부를 구동한다.
3. 모터와 연결된 바퀴가 구동되며 위 장치가 전선 상에서 이동한다.
4. 전선 상에서 직선 운동을 하며, 까마귀를 쫓아낸다.
5. 적외선 센서를 이용하여 장치가 이동 중에 전봇대와 충돌하는 것을 방지한다.
6. 태양광 발전을 통해 전력을 생산하고, 까마귀 개체수가 많을 경우 지속해서 전선위에서 이동하면서 효과적으로 까마귀를 퇴치할 수 있도록 한다.

개발 과제의 배경

◇ 전선 위에 앉은 조류가 발생시키는 배설물로 인한 부식 및 도로의 오염 또는 전선이 끊어지는 등의 전기사고를 방지하려 한다. 그린 레이저와 참매의 소리를 이용한 기존의 퇴치법은 까마귀 떼를 쫓아 이동해야하는 번거로움이 존재한다. 본 개발 과제는 진동 감지센서와 PIR 모션 감지센서를 사용하여 조류가 전선 위에 앉는 것을 인식하고 해당 위치로 장비가 이동하여 조류를 퇴치하는 것을 목표로 한다. 또한 추가적인 에너지 공급원 없이 태양광을 이용한 자가 발전으로 작동함을 목표로 한다. 

개발 과제의 목표 및 내용

◇ 전선 위에 조류가 안착함으로 인해 배설물로 인한 부식이 발생할 수 있고, 도로의 오염 및 전선이 끊어지는 등의 전기사고로 이어질 가능성이 있다. 
◇ 본 개발 과제의 목표는 조류의 학습으로 인해 실효를 거두기 어려운 종래의 조류의 천적 모형을 만들거나 기계적 장치를 이용하여 조류를 퇴치하는 방식의 기술들과는 달리 전선 위를 이동하는 방식의 장치를 개발하는 것이다. 
◇ 본 개발 과제는 진동 센서와 모션 감지 센서를 사용하여 까마귀가 전선 위에 앉는 것을 인식하고, 태양광 패널을 이용한 에너지 생산을 통해 까마귀가 전선에 앉는 것을 방지하여 전선의 끊어짐 및 배설물로 인한 부식 등에 대한 사고를 방지하는 장치의 개발을 목표로 한다. 본 과제를 통해 개발하고자 하는 장치는 종래의 까마귀 퇴치법과 달리 전선의 진동과 까마귀의 움직음을 감지하고 전선 위를 직접 제품이 이동함으로써 효과적으로 까마귀를 퇴치하여 큰 효과를 기대할 수 있다.

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

• 전 세계적인 기술현황

◇ 레이저 라이트를 이용한 까마귀 퇴치
전선위에 앉아있는 까마귀를 초록빛 레이저로 직접적으로 비추어 퇴치하는 방식이다. 사람이 직접 이동하며 까마귀 떼가 앉아 있는 전선에 직사하여 까마귀를 퇴치하는 방식으로 조류가 기피하는 초록빛 레이저가 까마귀에게 직사되는 순간 퇴치할 수 있지만, 계속해서 까마귀 떼가 앉아있는 전선을 찾으며 이동해야하는 번거로움이 존재한다.

◇ 발광다이오드를 이용한 조류 퇴치 
LED 발광모듈을 광원으로 하여 맹금류 형상렌즈를 통과시켜, 조류의 퇴치 효율성을 극대화시킨 방법이다. 제어부에서 조도센서와 안개농도의 측정정보를 고려하여 LED 발광모듈의 휘도 및 파장을 제어하여 출력하여 광원을 통한 조류 퇴치를 유도할 수 있는 방법이다. 

◇ 조류 기피제를 이용한 퇴치법

배전탑 주위로 조류의 접근을 막기 위하여 통기구를 통해 조류 기피제를 방출하여 조류의 접근을 방지한다. 주간과 야간에 따라 방출 되는 조류기피제의 양을 조절할 수 있는데, 조류의 접근이 빈번한 주간에는 방출홀의 크기를 증가시켜 상대적으로 다량의 조류 기피제가 배출되도록 하고 야간에는 불필요하게 조류 기피제가 방출되는 양을 제어하여 효율적으로 기피제를 보관할 수 있다. 사용되는 조류기피제는 안트라닐산 메틸 시나몬, 알데히드, 펜티온을 사용한다. 배전선로의 움직임을 통해 전기에너지를 생성하고, 이 에너지를 이용하여 상부의 캡을 가열하여 조류기피제가 방출되는 것을 특징으로 한다.  

◇ 소리를 이용한 까마귀 퇴치

까마귀는 천적과 마주칠 때 내는 특별한 울음 소리가 있는데 이 울음 소리를 듣고 주변의 까마귀들이 모두 도망친다. 이 울음 소리를 녹음하여 까마귀떼가 상습적으로 모이는 곳에서 발생시킴으로써 천적이 있다고 인지하도록 하는 방식이다. 이와 비슷한 방식으로는 까마귀의 천적인 참매의 울음 소리를 미리 녹음하여 까마귀가 모이는 장소에서 이 소리를 방출시키면 소리로 까마귀 퇴치가 가능하다. 하지만, 까마귀들이 상습적으로 모이는 장소가 일정하지 않으므로 스피커를 때마다 옮겨주어야 한다는 단점이 있다.

• 특허조사 및 특허 전략 분석

특허조사

◇ 주택 밀집지역의 배전선로 조류퇴치시스템

기술내용:조류 기피제를 이용하는 방식으로 배전선로에 조류가 접근하여 배전선로를 움직이거나, 조류가 착지 할 경우 배전선에 가해지는 인장력을 이용한다.

한계점:조류의 착지로 인해 발생하는 인장력은 그 크기가 작으며 이 힘을 이용하여 열을 올리는 등 충분한 기피제를 방출하는 것은 한계가 있다.

◇ 조류퇴치기 및 용도

기술내용:고정 자석을 이용하여 전봇대 상단에 고정. 조류를 퇴치하기 위해 움직임을 유발하는 회전부와 조류 감지 시, 빛과 음향을 발생시키는 감지부가 포함 됨.

한계점:전봇대에 고정되어 있는 형태이므로, 전선의 중앙에 까마귀가 위치할 경우, 효과적으로 퇴치하기 어려움.

◇ 그린음악 공급장치 겸용 위해조류 및 야생동물 퇴치기

기술내용:유해 조류를 퇴치하기 위해 조류가 싫어하거나 놀라게 하는 소리나 빛 또는 레이저를 사용한다. 태양열을 전력 공급원으로 하여 친환경적이며 편리하게 설치할 수 있다.

한계점:한 지점에 고정되어 있으므로 효과가 미치지 않는 영역의 조류를 퇴치하는데는 효과가 떨어지며 운용을 위해서는 단위면적 당 많은 제품을 설치해야한다.

특허 전략

◇ 진동 센서와 모션감지 센서 이용
기존의 모델들과 달리, 진동 센서와 모션감지 센서를 이용해서 전선에 까마귀가 앉는 것을 인지하고 필요시에만 운용하도록 하여 전력 에너지를 효율적으로 사용할 수 있으며 전선 상에서의 이동하는 시간을 최소화하여 전선의 마모 또한 최소화 할 수 있다. 까마귀가 앉음으로써 발생하는 배전선의 흔들림을 진동 센서가 감지하며, 이를 모션감지 센서를 통해 이중으로 확인함으로써 바람 등에 의한 오작동을 방지한다.

◇ 전선 상에서의 직접적인 이동 및 태양광 모듈의 사용
기존의 모델을 분석해보았을 때 대부분 고정형 제품이다. 본 개발은 제품이 직접적으로 전선 위를 운행하며 효과적으로 까마귀를 퇴치할 수 있고, 태양광 모듈을 통해 장치 내부의 배터리를 충전함으로써 친환경적이며 배터리를 교체할 때 발생하는 유지, 보수의 번거로움을 방지한다.

◇ 전선 위에서 원활한 이동을 위한 격자 무늬 알루미늄 바퀴
 기존의 모델/특허와 달리 직접적인 이동이 필요한 본 발명품은 전선 위에서 원활하게 이동하는 것이 필수적인 기술 요소이다. 바퀴의 무게를 줄이기 위해서 알루미늄 소재를 사용하고, 전선과 맞닿는 부분을 격자 무늬로 세밀한 패턴을 만들어 전선에서 효율적으로 이동할 수 있도록 한다.

◇ 강풍 시에도 안정적인 구조의 적용
바퀴와 외장재 하단 사이의 거리가 10mm로 설계하였고, 그 사이에 추가적인 받침대를 사용하여 탈선을 방지 할 수 있도록 하였다. 이와 같은 구조를 통해 강풍 시, 장치가 전선 상에서 뒤집어지더라도 탈선의 문제를 방지 할 수 있으며 안정적인 운용이 가능하도록 한다.

◇ 전선위에서의 발명품의 간편한 설치
본 발명품의 기둥은 볼트와 너트를 이용하는 조립식 구조를 가짐으로써, 상기 받침대를 삽입 및 탈착하여 빠른 시간내에 전선 상에 설치 및 철거가 가능하다. 

• 기술 로드맵

사람들은 먼 옛날 까마귀와 같은 새를 쫓기 위하여 허수아비를 이용했다. 그러나 그 효과는 미비했고 전선 위의 까마귀를 쫓기 위해 현재는 초록빛 레이저를 이용하고 있다. 그러나 초록빛 레이저는 사람이 계속해서 까마귀를 찾아다니며 쫓아야 한다는 단점이 있고 이조차 일시적이어서 까마귀가 다시 돌아올 수 있다. 이를 해결하기 위해 전선 위에서 지속적으로, 또한 윤리적인 방법으로 까마귀를 쫓는 장치를 개발하고자 한다.

시장상황에 대한 분석

• 경쟁제품 조사 비교

• 마케팅 전략 제시

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

◇ 본 제품은 전선 위를 직접 운행하며 효과적으로 까마귀 떼를 제거하여, 까마귀 떼의 배설물로 인해 발생하는 행인 및 주정차된 차들이 입는 피해를 방지한다.

◇ 본 제품은 간단한 구조와 값싼 재료비로 기존에 설치되어 있는 배전선에 위치하도록 하여 추가적인 인프라 구축이 필요 없다.

◇ 본 제품은 차후 자기장을 이용하는 고효율 에너지 하베스팅 소자의 상용화가 이루어진다면 유도 전자기장을 이용하여 더욱 효율적인 자가 발전 및 운용이 가능하다.

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

◇ 한전은 조류에 의해 발생하는 정전사고의 대부분이 까치와 까마귀에 의한 것으로 확인되고 있음에 따라 피해 방지단을 구성하고 거제시 환경과로부터 허가를 득해 포획작업을 실시하고 있다. 포획된 까치와 까마귀는 마리당 6000원의 포상금이 주어진다. 이와 같이 전봇대 상의 까마귀 까치는 주변 주민들을 불편하게 함과 동시에 전선을 망가뜨려 위험한 정전사고 등을 일으키는 주범이기 때문에, 본 제품이 전국적으로 상용화 된다면 주민민원 감소 및 정전사고 예방에 큰 도움이 될 것이다.

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

구성원 및 추진체계

◇ 김두홍: 아이디어 구체화 및 설계 서류 작성 및 전체적인 흐름 조율
◇ 김주성: 데이터 수집 및 보고서 작성
◇ 박승재: 설계 디자인 담당 및 구조 구체화
◇ 서성민: 회로 설계 및 센서 성능 실험
◇ 장유하: 아이디어 구체화 및 데이터 분석

설계

설계사양

제품의 요구사항

설계 사양

내용

개념설계안

◇ 상기 설계의 외형은 각종 모듈 및 솔라 패널이 자리 잡을 하부 판과 이에 연결되는 4개의 기둥, 2개의 바퀴가 설치 되고, 내부는 모터, PIR 모션 센서 진동 센서, 적외선 센서, 솔라 패널, 리튬 이온 이차 전지로 구성되어 있다. 모터는 외부 습기와의 접촉을 방지하기 위해, 기둥 안에 고정된 형태로 존재하며, 작동 시 고정된 축에 힘을 전달하여 바퀴를 회전시킨다. 솔라 패널는 빛을 받기위해 외부에 노출되어 있지만, 틈새가 없도록 마감처리가 되어있다. 하부 판 내부는 아두이노 보드와 센서들이 자리 잡고 있으며, 적외선 센서와 PIR 모션 센서는 전후로 두 개가 노출되어 작동한다. 알루미늄 바퀴는 전선위에서 적절한 마찰력을 가지고 회전 하기 위하여 격자 무늬의 패턴으로 설계하였으며 무늬는 아래 사진과 같다.

위 사진은 최종 프로토 타입 설계안으로 176*176*183.88의 부피를 가지는 형태이다. 전선상에서 탈부착의 용이함과 탈선을 방지하기 위해 4개의 기둥 중, 2개의 기둥에 탈부착이 가능한 조립식 부품으로 설계하였고 최상단부는 태양광 패널이 장착될 수 있도록 크기를 맞추어 설계하였다.

본 3D도면은 발명품 본체이다. (100) 상단부에는 2개의 솔라 패널과 2개의 PIR센서를 포함하고 있다. (200)은 모터를 지탱해주는 4개의 기둥으로서, 2개의 모터당 하나의 알루미늄 바퀴가 장착된다. (300)은 탈선방지 조립식 부품으로서, 바퀴로부터 전선이 탈선되지 않도록 해준다. (400)은 회로와 2차전지 그리고 2개의 적외선 센서를 포함하고 있다.

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

관련사업비 내역서

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용