מתפתל השנאי הוא מבנה מבודד לחלוטין או מבנה בידוד מדורג. ב-EN60076-3, הם מכונים, בהתאמה, פיתולים מבודדים לחלוטין ופיתולים לא מבודדים לחלוטין. במבנה מבודד לחלוטין, לכל הפיתולים יש אותה רמת בידוד. רמת הבידוד נקבעת על סמך מתח הבדיקה המופעל על פיתולים אלה. מבנה בידוד מדורג (לא בידוד מלא) יכול להפחית את עלות התכנון של שנאי מתח גבוה במיוחד. האימוץ של מערכת בידוד רכיבים מבוסס על העובדה שהפיתולים צריכים להיות מחוברים בתצורת כוכב, ויש להארקה את הנקודה הנייטרלית של תצורת הכוכב. בדרך זו, מבנה הבידוד של מסוף ההארקה המתפתל צריך להגיע רק לרמת הבידוד הרגילה.
לפני אימוץ EN60076-3 ו-IEC76 בבריטניה, BS171 דרש שכל הקבוצות של 66kV ומטה יאמצו מבנים מבודדים לחלוטין. מעל 66kV, בבריטניה, 132kV, 275kV ו-400kV כולם משתמשים במבני בידוד מדורגים. למרות שלפי תקנות EN60076-3, פיתולים בכל רמת מתח יכולים להיות מבודדים לחלוטין או לא מבודדים לחלוטין, שנאים המיוצרים בבריטניה עדיין משתמשים בשיטות מסורתיות. הדבר נובע הן מהרגלי המשתמש והן מהרגלי השימוש, וכן מהעובדה שבמקרים רבים, ציוד חדש שנוסף חייב לפעול במקביל לציוד שתוכנן על פי התקנים המקוריים. בנוסף, המערכת עצמה תוכננה מאז ומתמיד על פי התקנים המקוריים. בשל העובדה שרוב השנאים עם שתי פיתולי מתח גבוה במיוחד (לכל פיתול רמת מתח של 132AV ומעלה) הם אוטו-טרנספורמטורים, המשמעות היא שלרוב המכריע של השנאים המפותלים יש לכל היותר פיתולים מבודדים מדורגים מרובים, ושנאים מפותלים כפולים רבים עשויים להיות עם שני הפיתולים עם מבנים מבודדים לחלוטין.
מתח הבדיקה החיצוני עבור פיתול 33kV הוא 70kV. כאשר שכבה של צינור נייר מוגדלת כראוי בין פיתול המתח הגבוה-לפיתול המתח הנמוך-, ומתווספות תומכות מרווחי שמן משני הצדדים, יש להגדיל את מרחק הבידוד הראשי הרדיאלי במידה שהוא יכול לעמוד במתח הבדיקה. הבידוד בקצה המתפתל חייב לעמוד בהשפעת מתח הזחילה, כך שהמרחק בין הפיתול לעול הברזל גדול מעט ממרחק הבידוד הראשי בין פיתול המתח הגבוה-לפיתול המתח הנמוך-. המרחק בין פיתולי המתח-הסמוכים זהה בערך למרחק הבידוד הראשי בין פיתול המתח הגבוה-לפיתול המתח-הנמוך. על מנת לעמוד במתח בדיקה של 70kV, יש צורך להפוך את המרחק בין פיתולי המתח הגבוה לדומה לפער הבידוד הראשי בין פיתולי המתח הגבוה לנמוך, ולהוסיף שכבה של מחיצת פאזה במרחק זה (למשל באמצע המרחק).
יש להוביל את ראשי המתפתלים במתח נמוך- מהחלק העליון והתחתון של עמוד ליבת הברזל, מה שאומר שהם חייבים לעבור ליד מהדק ליבת הברזל. בשל רמת המתח הנמוכה יחסית של ראשים אלו, ניתן לכופף אותם לכיוון הצד המתפתל ככל האפשר וניתן לתכנן את מהדק ליבת הברזל באופן סביר כדי להבטיח את מרחק הבידוד הדרוש על ידי קיזוז ראשים אלו הרחק מהדק ליבת הברזל.
גם את ראשי מתפתל-המתח הגבוה צריך להוביל החוצה מהחלק העליון והתחתון של עמוד ליבת הברזל, אך ראשים אלו ממוקמים בצד הנגדי של עוגת החוט מראשי המתח הנמוך-. בשל המרחק הגדול יותר בין ראש המתח הגבוה- לבין מהדק ליבת הברזל בהשוואה לראש המתח הנמוך- ומתח הבדיקה הנמוך יחסית של 70kV, ראש המתח הגבוה- דורש מעט יותר בידוד מאשר ראש המתח הנמוך-.
נוח למקם את קטע קו הברז באמצע פיתול המתח הגבוה-. משמעות הדבר היא שכאשר כל מקטעי מחליף הברזים מנותקים מהקו, כל "פער" יעיל בפיתול ימוקם באמצע פיתול המתח הגבוה-, כך שהפיתול עדיין שומר על קשר איזון אלקטרומגנטי טוב. בדרך זו, ניתן להוביל את חוטי הברז החוצה מפני השטח של פיתול המתח הגבוה-, והם בדרך כלל ממוקמים בצד המתח הנמוך- של השנאי.
בקר רשת ההפצה מגדיר את אספקת החשמל של הרשת שלו על 11kV, ובמקרה זה השנאי עשוי להיות 132kV/11kV, מחובר לכוכב/כוכב, וייתכן שיהיה לו גם פיתול שלישי. המתח של הפיתול השלישי עשוי להיות גם 11kV. בתפקיד הכפול של לשמש כפיתול יציב ומתן כוח עזר מקומי לתחנת המשנה, המתח של הפיתול השלישי עשוי להיות גם 415V. ללא קשר לרמת המתח, יש לסדר את הפיתול השלישי הקרוב ביותר לליבת הברזל. אם המתח הוא 11kV, רמת מתח הבדיקה של הפיתול השלישי תהיה זהה לזו של פיתול המתח הנמוך, כפי שתואר קודם בפיתול המתח הנמוך של השנאי 33kV/11kV. אם המתח הוא 415V, רמת מתח הבדיקה של הפיתול השלישי תהיה נמוכה מאוד, וסביר להניח שמבנה הבידוד הנדרש רק יעמוד בדרישות של מרחק מכני, ולא ביצועים חשמליים. בכל מקרה, מבנה הבידוד של הפיתול השלישי ושל פיתול המתח הנמוך- דומה לזה של שנאי 33kV/11kV. מסדרים את פיתול המתח-הנמוך מחוץ לפיתול השלישי, ומרחק הבידוד בין פיתול המתח הנמוך-לפיתול השלישי, כמו גם מרחק בידוד הקצה של הפיתול השלישי, דומים למרחק הבידוד בין פיתול המתח הנמוך-לליבת הברזל בשנאים המחוברים לכוכב/דלתא. פיתול המתח הגבוה-132kV מסודר מחוץ לפיתול המתח-הנמוך, וזה היתרון של שנאים שאינם מבודדים לחלוטין.
עבור מבנה מפותל של 132kV שאינו מבודד לחלוטין, כאשר הנקודה הנייטרלית מקורקעת, מתח הבדיקה המופעל לאדמה עשוי להיות 38kV בלבד. עם זאת, במהלך בדיקת מתח הפיתול, קצה החוט המתפתל חייב להשרות לפחות 230kV של מתח בדיקה לאדמה. לכן, מבנה הבידוד הנדרש לנקודה הנייטרלית של הפיתול עשוי להיות שווה ערך רק לרמת הבידוד של פיתול המתח הנמוך-, אך הבידוד של קצה החוט המתפתל חייב לעמוד בדרישות של מתחי בדיקה גבוהים בהרבה. לכן, תכנון סביר צריך למקם את קצה קו המתח הגבוה- רחוק ככל האפשר מליבת הברזל. מסיבה זו קצה קו המתח הגבוה- מובל בדרך כלל החוצה מאמצע עמוד ליבת הברזל. בדרך זו, מתפתל המתח הגבוה- מורכב משני חיבורים מקבילים, כאשר קצות הנקודה הנייטרליות יוצאות בהתאמה מהחלק העליון והתחתון של עמוד ליבת הברזל, וקצוות החוטים של שני החיבורים המקבילים יוצאים בו זמנית מאמצע עמוד ליבת הברזל. במבנה זה, אם מקטע קו ברז המתח הגבוה- ממוקם בקצה הנייטרלי של פיתול המתח הגבוה-, ניתן לחבר את הנקודה הנייטרלית בנוחות בתוך מחליף הברזים, ויש למזער ככל האפשר את רמת הבידוד המשמשת למחליף הברזים. עם זאת, בתכנון בפועל, לא ניתן להגדיר את מקטעי מחליף הברזים האלה על פיתול המתח הגבוה-. הסיבה היא שאם מקטעי מחליף ברזים אלו מכוונים בקצה הנייטרלי של פיתול המתח הגבוה-, כאשר הם מנותקים מהקו, יהיה הבדל משמעותי בגובה בין פיתול המתח הגבוה- לבין פיתול המתח- הנמוך, מה שיגדיל באופן משמעותי את שטף דליפת הפיתול וההפסדים האלקטרומגנטיים{1} בחוסר איזון, כמו גם{2}. יתרה מכך, העכבה תשתנה מאוד גם עם מיקומי מתח הברז השונים של השנאי. לכן, יש צורך להגדיר פיתול ברז נפרד ולהציב אותו מחוץ לפיתול המתח הגבוה-. פיתול הברז הנפרד הזה קצר יותר מפיתול המתח הגבוה ומפתילת המתח הנמוך, ויש לחלק אותו לחלקים עליונים ותחתונים. אין קטע קו באמצע, מה שמשאיר מקום לחוט ההובלה בתחילת פיתול המתח הגבוה.
מבנה הבידוד בין המיקום האמצעי של פיתול המתח הגבוה לבין פיתול המתח הנמוך חייב להיות מסוגל לעמוד במתח המרבי במהלך בדיקת מתח יתר במתח גבוה. הדבר דורש מרחק בידוד ראשי רדיאלי גדול יותר בין פיתולי המתח הגבוה והנמוך מאשר במקרה של שנאי 33kV/11kV, ויש לארגן בסדרה של מבני בידוד מרווחי שמן המורכבים מתומכי קרטון במרחק זה. מרווחי שמן אלו משמשים ליצירת תעלות זרימה לקירור שמן וכן מקלים על חדירת שמן בידוד לבידוד הקרטון. לכן, גישה נוחה יותר היא ללפף את-המתח הגבוה על צינור קרטון. אימוץ מבנה זה דורש בניית פיתול מתח גבוה- קטן כדי לתכנן את המתח החשמלי של פיתול המתח הנמוך-, מה שמחייב הגדלת מרחק הבידוד הראשי בין פיתולי המתח הגבוה לנמוך. לכן, אם ניתן לגלגל את קבוצת חוטי המתח הגבוה{{10} על תבנית הניתנת להסרה, העיצוב המתאים עשוי להיות חסכוני יותר. במקרה זה, ניתן להרכיב את פיתול המתח הגבוה-לפיתול המתח הנמוך- לאחר הסרת התבנית, תוך הימנעות משימוש בצינורות קרטון.
במהלך הניסוי, המתח בין קצה חוט מתפתל-המתח הגבוה לבין פיתול הברז המחובר לנקודה הנייטרלית קרוב למתח בין מתפתל המתח הגבוה-לפיתול המתח-הנמוך. לכן, יש להגדיר גם סדרה של מבני בידוד מרווחי שמן צינורות נייר דומים בין פיתול המתח הגבוה-לפיתול הברז. לצינורות הנייר האלה צריכים להיות חורים באמצע הפיתול כדי לאפשר חילוץ של מסופי חוטי מתח גבוה-. ניתן להשתמש בטבעות פינות רכות או טבעות פינות מעוצבות כדי להשיג את המטרות לעיל מבלי לגרום לירידה בחוזק הבידוד.
למרות שניתן ליישם היטב את מערכת הפיתולים הלא מבודדת לחלוטין על המבנה המתואר לעיל והיא נמצאת בשימוש נרחב במערכות של 132kV ומעלה בבריטניה, למבנה זה יש גם חסרונות מסוימים ולא ניתן להשתמש בו במקרים מסוימים. במקרה בו קיבולת השנאי קטנה וזרם המתח הגבוה נמוך מאוד, יבואו לידי ביטוי החסרונות העיקריים של המבנה הנ"ל. ניתן להמחיש את הנושא הזה בבירור באמצעות דוגמה. למרות ששנאים עם הפחתת מתח ישיר מ-400k וקיבולת קטנה כמו 60MV · A נמצאים בשימוש נדיר, מבנה זה נתקל מדי פעם. כך למשל, כאשר יש צורך לספק כוח עזר לתחנת כוח המחוברת למערכת 400kV, אך לא ניתן להשיג מתח 132V. במקרה זה, הזרם של-קו המתח הגבוה הוא 86.6A. כאשר פיתול המתח הגבוה- מאמץ מבנה חיבור דו-כיווני, הזרם בכל פיתול ענף מקביל יהיה 43.3A. עבור סוג זה של פיתול, שטח החתך הנדרש- של החוט בערך צפיפות הזרם הטיפוסי שלו הוא 144 מ"מ. שטח חתך- זה מתאים לשימוש בחוט של 3 מ"מ * 5 מ"מ, אך גודלו קטן מכדי להפוך את הליפוף הפתיל ליציבות מספקת. במיוחד עבור פיתולים עם רמות מתח גבוהות כל כך, סביר להניח שהחוטים יהיו עטופים בבידוד נייר של 1 מ"מ, מה שהופך את הבעיה לעיל לבולטת עוד יותר. לכן, על מנת לעמוד בדרישות של יציבות מבנה מתפתל, יש צורך לבחור ערך צפיפות זרם נמוך בהרבה מצפיפות הזרם הכלכלית.
השימוש במבנה מקביל כפול יכול לפתור את הבעיות הנ"ל. זה יגרום ישירות לשטח החתך-של החוט להכפיל את עצמו, וגודלו האופייני עשוי להפוך ל-3 מ"מ * 120 מ"מ. גודל זה משמש בדרך כלל לחיתוך. כמובן, בשלב זה, אין יתרון של מבנה הקו היוצא המרכזי, והקצוות המתפתלים חייבים לעמוד גם במתח בדיקת הקו לאדמה. אם הנקודה הנייטרלית מקורקעת באמצעות עכבה, לא ניתן להשתמש בשנאים שאינם מבודדים לחלוטין. מבנה זה משמש לעתים קרובות במקומות אחרים מחוץ לבריטניה. חיבור משולש של פיתולי מתח גבוה- עם רמות מתח של 132kV ומעלה אינו אפשרי בבריטניה, אך הוא משמש מדי פעם בכמה מדינות אחרות. במקרה זה, שימוש בפיתול עם מבנה יציאה מרכזי כבר אין עליונות. אם נעשה שימוש בפיתול חיבור משולש, יש למקם את קטע קו הברז באמצע הפיתול. על מנת לעמוד בדרישות של תכנון בידוד מלא, מחליף הברזים חייב לעמוד גם בכל מתחי הבדיקה של פיתול המתח הגבוה-. למרות שעלות הייצור של מבנה זה גבוהה בהרבה מזו של מבנים שאינם מבודדים לחלוטין, היא יכולה להמחיש בבירור את היתרונות של הארקה מתה של הנקודה הנייטרלית עבור השנאי שהוזכר.
