503 Service unavailable
é retornado sempre que você atingir as solicitações de limite. A partir da documentação do limitreq :
If the rate of requests exceeds the rate configured for a zone, request processing is delayed such as that they are processed at a defined rate. Excessive requests are delayed until their number exceeds the defined number of bursts. When exceeded, the request is terminated with an error 503 (Service Temporarily Unavailable). By default, the number of bursts is equal to zero.
Você não especificou uma taxa de burst, portanto, sempre que fizer mais de 5 solicitações por segundo, você receberá HTTP 503 Service Unavailable
em retorno. Tente aumentar seu limite ou especifique uma taxa de burst maior.