Die Münchner U-Bahn-Züge werden mit einer Gleichspannung von etwa 750 V betrieben. Dieser Wert schwankt je nach Belastung, bei einer größeren Zahl rückspeisefähiger, bremsender Züge werden auch 850 V überschritten.
Neben dem Fahrstrom müssen zahlreiche weitere Verbraucher - technische Anlagen, Bahnhofsbeleuchtung und mehr - mit Energie versorgt werden. Man unterscheidet daher zwischen der Fahrstromversorgung und der allgemeinen Stromversorgung der übrigen elektrischen Verbraucher.
Gleichrichterwerke
Kernstück der Stromversorgung der Münchner U-Bahn sind die Gleichrichterwerke. Sie sind meist unterirdisch in die Bahnhofsgebäude integriert; an der Oberfläche sichtbar sind lediglich die mit Gittern abgedeckten Lüftungsschächte.
Seit Eröffnung der U3 nach Moosach gibt es 42 Gleichrichterwerke im Münchner U-Bahn-Netz. Auf neueren Strecken liegt ihr Abstand bei rund 2 km, auf älteren Abschnitten - etwa der Strecke der ehemaligen Linie U8/1 von Scheidplatz nach Neuperlach Süd - bei rund 3 km; der geringere Abstand auf neueren Strecken reduziert Übertragungsverluste und Energieverbrauch.
Die Gleichrichterwerke werden vom städtischen Stromnetz mit 10kV Drehstrom versorgt - einzige Ausnahme sind die Anlagen in Garching-Hochbrück und Garching-Forschungszentrum, die mit 20kV Drehstrom beliefert werden. Vorgeschaltet sind Umspannstationen der Stadtwerke, die die 110-kV-Ebene des allgemeinen Stromnetzes auf 10 kV heruntertransformieren; nach Möglichkeit werden benachbarte Gleichrichterwerke von unterschiedlichen Umspannstationen versorgt, damit bei einer Störung nicht gleich mehrere Werke auf einmal ausfallen.
Die Gleichrichterwerke sind unbesetzt und werden von der Netzleitstelle der Stadtwerke München in der Emmy-Noether-Straße - zusammen mit den Sparten Strom, Gas, Fernwärme, Fernkälte und Wasser - fernüberwacht und -gesteuert.
Fahrstrom
Für den Fahrstrom, der etwa 75 Prozent des Stromverbrauchs der U-Bahn ausmacht, werden die 10 kV zunächst auf 630V heruntertransformiert. Anschließend werden alle drei Phasen des Drehstroms über Siliziumdioden gleichgerichtet und parallelgeschaltet, so dass sich daraus 750V geglättete Gleichspannung ergeben. Diese wird über Schaltanlagen und die Stromschiene zu den Fahrzeugen geleitet.
Stromschiene
Bei der Münchner U-Bahn erfolgt die Stromzuführung über eine seitlich neben den Fahrschienen angebrachte Stromschiene mit einem Querschnitt von 5100mm², die 190mm über Schienenoberkante hängend auf Böcken montiert ist. Bis 1993 kamen dafür Eisenschienen zum Einsatz, seither werden Aluminiumschienen verwendet. Von unten wird die Stromschiene durch an den Drehgestellen der Fahrzeuge angebrachte, federbelastete Stromabnehmer bestrichen. Zum Schutz vor unbeabsichtigten Berührungen ist sie oben und seitlich mit einer PVC-Abdeckung isoliert; die Unterseite liegt frei, weshalb bei unvorsichtigem Verhalten im Gleisbereich Lebensgefahr besteht.
Der Vorteil der Stromschiene liegt vor allem in der einfacheren Handhabung im Tunnelbereich: Die Tunnel können niedriger und damit günstiger gebaut werden, zudem lässt sich die Befestigung leichter lösen. Dem stehen als Hauptnachteile die niedrigere mögliche Spannung und die Gefährdung von Personen im Gleisbereich gegenüber.
In Weichenbereichen muss die Stromschiene unterbrochen werden. Um solche Lücken zu überbrücken, ist jeder U-Bahn-Doppeltriebwagen mit je zwei Stromabnehmern pro Seite ausgestattet - einer am ersten, einer am letzten Drehgestell -, die leitend miteinander verbunden sind; so lassen sich Lücken von etwa 30 Metern überbrücken. In ausgedehnteren Weichenbereichen kann die Lücke auch länger sein, so dass ein Kurzzug dort ohne Strom zum Stehen kommen kann. In älteren Anlagen war für diesen Fall ein Hilfskabel vorgesehen, das ein Verkehrsmeister am Stromabnehmer einhaken konnte, um den Zug bis zum Erreichen der Stromschiene weiter mit Strom zu versorgen; mangels Bedarf wurden diese Hilfskabel inzwischen weitgehend abgebaut. Alternativ kann ein havarierter Zug auch von einem nachfolgenden Zug vorgedrückt werden.
An den Enden der Stromschienen sorgen schräg ansteigende Anlaufstücke dafür, dass der durch Federkraft nach oben gedrückte Stromabnehmer sanft auf Schienenhöhe abgesenkt wird, statt hart aufzuschlagen; seitliche Anlaufstücke übernehmen dieselbe Funktion, wenn der Stromabnehmer seitlich auf die Schiene auffährt.
Schaltungen und Schaltanlagen
An der Stromschiene liegt der Pluspol der Gleichrichteranlagen an; als Rückleiter zum Minuspol dienen die Fahrschienen und dazu parallel geführte Rückleitungskabel.
Die Stromschienenanlage ist in einzelne isolierte Abschnitte gegliedert, die über Kuppelschalter miteinander verbunden sind. An den meisten Bahnhöfen ist dazu in Regelfahrtrichtung jeweils am Bahnsteiganfang eine Unterbrechung der Stromschiene vorgesehen; beide Teile lassen sich über einen Kuppelschalter verbinden, die Stromschienen der beiden Gleise wahlweise über einen weiteren Schalter trennen oder zusammenschalten. Je Gleis stehen dafür zwei Schalter mit einem Nennschaltstrom von rund 3000 bis 4000 A zur Verfügung.
Durch Umstellen der Schalter lassen sich einzelne Abschnitte stromlos schalten. Bei Ausfall eines Gleichrichterwerkes können die beiden benachbarten Werke dessen Abschnitt mit übernehmen - allerdings teils mit Einschränkungen bei der Zahl der fahrenden Züge. Als im Februar 2005 das Gleichrichterwerk am Odeonsplatz wegen eines Brandes kurzzeitig ausfiel, wurde bis zum Ende der Hauptverkehrszeit die U6 aus dem gemeinsam befahrenen Abschnitt herausgenommen, so dass dort nur noch die U3 fuhr.
Abstell- und Wendegleise werden über die Stromschiene des zugehörigen Streckengleises versorgt und lassen sich über Trennschalteranlagen davon abtrennen.
Schutzmaßnahmen für den Notfall
Einer der großen Nachteile der Stromschiene ist die Nähe zum Gleisbett und die daraus resultierende Gefahr für Personen im Gleisbereich. Im Notfall muss der Strom daher rasch und sicher abgeschaltet werden können. Damit der Fahrer im Gefahrfall nicht über die Schaltwarte gehen muss, ist jeder U-Bahnwagen mit einem "Wagenkurzschließer" ausgestattet: Über einen verplombten Schalter im Fahrerstand wird die Stromschiene leitend mit der Fahrschiene verbunden. Dieser Kurzschluss wird über Messeinrichtungen erkannt, die daraufhin per Gleichstromschnellschalter die Stromversorgung des betroffenen Abschnitts abtrennen - auf der U8-Strecke etwa ab einem Strom von 3150 A innerhalb von 10 bis 30ms. Die Zeit bis zum Abschalten ist damit im Wesentlichen nur durch die Reaktionsgeschwindigkeit des Fahrers begrenzt.
Als zusätzlicher Schutz werden nach Unfällen oder bei Bauarbeiten zudem "Streckenkurzschließer" in die abgeschaltete Stromschiene gesetzt. Sie verbinden ebenfalls Stromschiene und Fahrschiene leitend und verhindern so unter anderem ein versehentliches Wiedereinschalten des Fahrstroms.
Niederspannungsanlage
Neben dem Fahrstrom gibt es bei der U-Bahn zahlreiche weitere Verbraucher wie Beleuchtung, Automaten und Entwerter, Rolltreppen, Treppenheizungen, Stellwerke sowie Belüftungs- und Pumpenanlagen zum Abpumpen von Abwasser und eindringendem Grundwasser. Sie werden in der Regel mit 230/400V Drehstrom betrieben. Dafür verfügt jeder Bahnhof über eine Transformatorstation, die über ein im Tunnel verlegtes Hochspannungskabel mit 10kV-Drehstrom von den Gleichrichterwerken versorgt wird und die Spannung auf die benötigten 230/400V heruntertransformiert. Aus Sicherheitsgründen erfolgt die 10-kV-Einspeisung auf zwei unabhängigen Wegen von den beiden benachbarten Gleichrichterwerken; von dort verteilt sich der Strom über mehrere Niederspannungsverteilungen auf die einzelnen Stromkreise und Verbraucher.
Notstromversorgung
Im Störfall muss die Stromversorgung wichtiger Anlagen gewährleistet bleiben - besonders bei unterirdischen Anlagen liegt ein besonderes Augenmerk auf der Sicherheitsbeleuchtung. Fällt die 10-kV-Einspeisung in die Trafostation eines Bahnhofes aus, wird automatisch auf die zweite 10-kV-Leitung des anderen benachbarten Gleichrichterwerks umgeschaltet.
Bei vollständigem Ausfall der normalen Stromversorgung steht zunächst eine Notstromversorgung über eine 220-V-Batterie im Gleichrichterwerk zur Verfügung. In den meisten Bahnhöfen speist diese die aus Glühbirnen bestehende Sicherheitsbeleuchtung, in neueren Anlagen übernehmen das aus einem eigenen Stromkreis gespeiste Leuchtstoffröhren der normalen Bahnhofsbeleuchtung.
Gleichzeitig startet das in jedem zweiten Gleichrichterwerk vorhandene, schnellstartende Notstromdieselaggregat, das nach rund 10 Sekunden zur Verfügung steht und dann die wichtigsten Verbraucher übernimmt - neben etwa einem Drittel der regulären Beleuchtung vor allem die Signal- und Fernmeldeanlagen.
Erdung
Der Rückstrom fließt über die Fahrschienen und dazu parallel verlegte Rückleitungskabel zum Minuspol der Gleichrichterwerke zurück. Da diese Rückleitung nie ganz spannungsfrei ist, ist ein besonderer Korrosions- und Erdungsschutz der Bauwerke erforderlich: Fahr- und Stromschienen sind konsequent elektrisch von Tunnelbauwerk, Bewehrung und Rohrleitungen getrennt, um streuende Ströme und die dadurch begünstigte Korrosion an Bewehrung und Leitungen zu vermeiden.