Stromversorgung

Die Münchner U-Bahn-Züge werden mit einer Gleichspannung von etwa 750 V betrieben. Dieser Wert schwankt abhängig von der momentanen Belastung teils deutlich, insbesondere bei einer größeren Zahl bremsender rückspeisefähiger Züge werden 850V durchaus auch überschritten.

Darüber hinaus müssen viele weitere Verbraucher - technische Anlagen, Bahnhofsbeleuchtung und vieles mehr - mit Energie versorgt werden. Damit kann grob zwischen der Fahrstromversorgung und der allgemeinen Stromversorgung der übrigen elektrischen Verbraucher unterschieden werden.

Gleichrichterwerke

Kernstück der Stromversorgung der Münchner U-Bahn sind die sogenannten "Gleichrichterwerke". Diese sind gleichmäßig im Abstand von üblicherweise zwei bis drei Stationen über das Netz verteilt. Auf der Strecke der ehemaligen Linie U8/1 von Scheidplatz nach Neuperlach Süd sind beispielsweise 10 Gleichrichterwerke im Abstand von durchschnittlich 1,7km verbaut. Die Anlagen sind zumeist unterirdisch in die Bahnhofsgebäude integriert gebaut. An der Oberfläche sichtbar sind die großzügigen, mit Gittern abgedeckten Lüftungsschächte.

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.

Fahrstrom

Für den Fahrstrom, der etwa 75% des Stromverbrauchs der U-Bahn beträgt, werden die 10 kV zuerst auf 630V heruntertransformiert. Anschließend werden alle drei Phasen des Drehstroms über Siliziumdioden gleichgerichtet. Die drei gleichgerichteten Phasen werden dann parallelgeschaltet, so daß sie sich zu 750V geglätteter Gleichspannung addieren. Diese 750V werden dann 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 zusätzliche Schiene, die Stromschiene. Diese hat einen Querschnitt von 5100mm² und ist auf älteren Strecken aus kohlenstoffarmen Stahl, in neueren Strecken teilweise auch aus Aluminium, und an auf den Schwellen befestigten Halterungen montiert. Die Stromschiene wird von an den Drehgestellen der Fahrzeuge angebrachten Stromabnehmern von unten bestrichen. Zum Schutz vor unabsichtlichen Berührungen ist die Stromschiene oben und seitlich mit einer PVC-Abdeckung gesichert. Die Unterseite liegt allerdings frei, so dass hier bei unvorsichtigem Verhalten Lebensgefahr besteht.
Der Vorteil von Stromschienen liegt vorallem in der einfacheren Handhabe im Tunnelbereich. Insbesondere können die Tunnel niedriger gebaut werden, was die Baukosten senkt, ebenso ist die Befestigung leichter zu lösen. Dem gegenüber stehen als Hauptnachteile die niedrigere mögliche Spannung und die Gefährdung von Personen im Gleisbereich durch ungewollte Berührungen.
In Weichenbereichen muss die Stromschiene unterbrochen werden. Um solche Lücken überbrücken zu können ist jeder U-Bahn-Doppeltriebwagen mit je zwei Stromabnehmern pro Seite ausgestattet, die über Kabel leitend verbunden sind. Dabei sind die beiden Stromabnehmern an beiden Enden des Fahrzeugs angebracht, so dass Lücken von etwa 30 Metern überbrückt werden können. In ausgedehnteren Weichenbereichen kann die Lücke auch länger als 30 Meter betragen, so daß ein Kurzzug darin ohne Strom zum stehen kommen kann. In älteren Anlagen ist für diesen Fall ein Hilfskabel vorgesehen, das von einem Verkehrsmeister am Stromabnehmer mit einem Haken befestigt werden kann und den Zug so mit Strom für die Weiterfahrt bis zum Erreichen der Stromschiene versorgen kann. Alternativ kann ein so havarierter Zug auch mit einem nachfolgenden Zug vorgedrückt werden.
An den Enden der Stromschienen gibt es Anlaufstücke für den Stromabnehmer. Diese gehen von der Stromschiene aus schräg nach oben. Da der Stromabnehmer am Fahrzeug durch eine Feder nach oben gedrückt wird, ist er ohne Stromschiene höher als die Stromschiene selber. Das Anlaufstück sorgt dafür, (äääää inkl. Seitenanlaufstück)

Schaltungen und Schaltanlagen

An der Stromschiene liegt der Pluspol der Gleichrichteranlagen an. Als Rückleiter zum Minuspol dienen die Fahrschienen und zu den Fahrschienen parallel geführte Rückleitungskabel.
Die Stromschienenanlage ist in einzelne isolierte Abschnitte gegliedert, die über Kuppelschalter miteinander verbunden sind. Bei einem großen Teil der Bahnhöfe ist dabei in Regelfahrtrichtung jeweils am Bahnsteiganfang eine Unterbrechung der Stromschiene. Beide Stromschienenteile können über einen Kuppelschalter verbunden werden. Die Stromschienen der beiden Gleise können dabei wahlweise über einen weiteren Schalter getrennt oder verbunden werden.


Durch Umstellen der Schalter können so die einzelnen Abschnitte stromlos geschaltet werden. Bei Ausfall eines Gleichrichterwerkes können die beiden daneben liegenden Gleichrichterwerke dessen Abschnitt mit übernehmen - wenn auch teilweise mit Einschränkungen in der Zahl der fahrenden Züge. Bei dem wegen eines Brandes im Februar 2005 kurzzeitig ausgefallenen Gleichrichterwerk am Odeonsplatz wurde daher bis zum Ende der Hauptverkehrszeit die U6 aus dem gemeinsam befahrenen Abschnitt herausgenommen, so daß dort nur noch die U6 im 5-Minutentakt fuhr.
Die Abstell- und Wendegleise werden über die Stromschiene des Streckengleises mit Strom versorgt und können über Trennschalteranlagen davon abgetrennt werden.

Schutzmaßnahmen für den Notfall

Einer der großen Nachteile der Stromversorgung durch die Stromschiene ist die Nähe zum Gleisbett und die daraus resultierende Gefahr für Personen im Gleisbereich. Daher muss in Notfällen ein rasches und sicheres Abschalten des Stromes gewährleistet sein. Um dem Fahrer im Gefahrfall die Möglichkeit zu geben, ohne Umwege über die Schaltwarte das Ausschalten des Fahrstroms zu veranlassen, ist jeder U-Bahnwagen mit einem sogenannten "Wagenkurzschließer" ausgestattet. Über einen verplombten Schalter im Fahrerstand wird dabei die Stromschiene mit der Fahrschiene leitend verbunden. Dieser Kurzschluß wird über Messeinrichtungen erkannt, die daraufhin über Gleichstromschnellschalter die Stromversorgung des betreffenden Abschnittes abtrennen. Die Schnellschalter der U8-Strecke lösen ab einem Strom von 3150 A aus und trennen die Stromversorgung innerhalb von 10ms bis 30ms ab. So ist die Zeit bis zum Abschalten des Stromes nur durch die Reaktionsgeschwindigkeit des Fahrers begrenzt.
Als zusätzlicher Schutz werden nach Unfällen, aber auch bei Bauarbeiten in die abgeschaltete Stromschiene noch sogenannte "Streckenkurzschließer" gesetzt. Diese verbinden ebenfalls Stromschiene und Fahrschiene leitend und verhindern so u.a. versehentliches Wiedereinschalten des Fahrstromes.

Niederspannungsanlage

Neben der Fahrstromversorgung gibt es bei der U-Bahn viele weitere Stromverbraucher wie die Beleuchtung, die Automaten und Entwerter, Rolltreppen, Treppenheizungen, die Stellwerke, aber auch Belüftung und Pumpenanlagen für das Hochpumpen von Abwässern und eindringendem Grundwasser. Diese werden in der Regel mit 230/400V Drehstrom betrieben. Dafür hat jeder Bahnhof eine Transformatorstation, die über ein im Tunnel verlegtes Hochspannungskabel mit 10kV-Drehstrom von den Gleichrichterwerken gespeist werden, und die Spannung auf die benötigten 230/400V heruntertransformieren. Aus Sicherheitsgründen erfolgt die Zuführung der 10kV auf zwei unabhängigen Wegen von beiden benachbarten Gleichrichterwerken. Über mehrere Niederspannungsverteilungen wird dann der Strom auf die einzelnen Stromkreise und Verbraucher verteilt.

Notstromversorgung

Im Störfall muss eine ausreichende Stromversorgung wichtiger Anlagen gewährleistet sein. Besonders bei unterirdischen Anlagen liegt ein besonderes Augenmerk auf die Sicherheit der Beleuchtung. Bei Ausfall der 10kV-Einspeisung in die Trafostation des Bahnhofes wird automatisch auf die zweite 10kV-Leitung des anderen benachbarten Gleichrichterwerks umgeschaltet.
Bei vollständigem Ausfall der normalen Stromversorgung steht eine Notstromversorgung zur Verfügung:
Im ersten Moment steht nur eine Stromversorgung über eine 220V-Batterie im Gleichrichterwerk zur Verfügung. In den meißten Bahnhöfen wird damit die aus Glühbirnen bestehende Sicherheitsbeleuchtung gespeist, in neueren Anlagen übernehmen diese Aufgabe auch aus einem speziellen Stromkreis gespeiste Leuchtstoffröhren der normalen Bahnhofsbeleuchtung.
Gleichzeitig startet das in jedem zweiten Gleichrichterwerk vorhandenen schnellstartendes Notstromdieselaggregat, das nach ca. 10 Sekunden zur Verfügung steht. Dieses übernimmt dann die Versorgung der wichtigsten Verbraucher. Neben etwa einem Drittel der regulären Beleuchtung sind das vorallem die Signal- und Fernmeldeanlagen.

Erdung